由一道電化學(xué)高考題所想到的

馬寶虎

[摘要]對(duì)四川省2016年高考化學(xué)的一道化學(xué)主觀題從試題的結(jié)構(gòu)、命題技術(shù)上進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，并通過(guò)拓展、分析總結(jié)出這類題型的一般性解題規(guī)律，目的是為了更好地提高學(xué)生的應(yīng)試能力。

[關(guān)鍵詞]電化學(xué)；高考題；試題拓展；解答技巧

[中圖分類號(hào)]G633.8[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]16746058

（2018）08005702

電化學(xué)試題是各地高考化學(xué)試卷的重要組成部分，常以圖文并茂或純文字?jǐn)⑹龅男问匠霈F(xiàn)，試題題型多數(shù)為選擇題或填空題。近幾年，高考化學(xué)試題中鋰離子電池的題型頻頻出現(xiàn)，從平時(shí)的教學(xué)中不難發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生解答此類題型比較困難，出錯(cuò)率較高。因此筆者就鋰離子電池的幾種題型的解答技巧談一點(diǎn)自己的看法。

一、原題再現(xiàn)

[題目]（2016年高考四川卷理綜化學(xué)第5題）

某電動(dòng)汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時(shí)電池總反應(yīng)為：

Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6（x<1）。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法不正確的是（）。

A.放電時(shí)，Li+在電解質(zhì)中由負(fù)極向正極遷移

B.放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6-xe-=xLi++C6

C.充電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1mole-，石墨（C6）電極將增重7xg

D.充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+

解析：解答此題時(shí)學(xué)生最困難的地方就是不好確定變價(jià)元素，很難書(shū)寫(xiě)出此電池放電時(shí)兩極的電極反應(yīng)式。那么如何書(shū)寫(xiě)兩極反應(yīng)式呢？技巧就是將鋰的化合價(jià)都看成+1價(jià)，鋰在反應(yīng)前后不變價(jià)，所以很容易判斷負(fù)極是LixC6放電，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6-xe-=C6+xLi+，負(fù)極釋放的鋰離子進(jìn)入電解質(zhì)溶液遷移到正極和Li1-xCoO2反應(yīng)，因此正極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，而此電池充電時(shí)，只考慮放電時(shí)兩極反應(yīng)的逆方向就行。只要順利寫(xiě)出兩極反應(yīng)式，此題便可迎刃而解。答案為C。

點(diǎn)評(píng)：該題以問(wèn)題為導(dǎo)向，要求考生將原電池放電、充電的有關(guān)知識(shí)、方法和技巧與新的情境相結(jié)合來(lái)完成，適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充了一些簡(jiǎn)單的計(jì)算，在較高的層次考查學(xué)生對(duì)原電池原理的掌握和理解，同時(shí)又能較好地考查學(xué)生分析、靈活解答問(wèn)題的能力。據(jù)此可預(yù)測(cè)該種命題趨勢(shì)將會(huì)繼續(xù)。

二、試題拓展

[拓展一]已知鋰離子電池的總反應(yīng)為：LixC+Li1-xCoO2放電充電C+LiCoO2，鋰硫電池的總反應(yīng)為：2Li+

S放電充電Li2S，有關(guān)上述兩種電池說(shuō)法正確的是（）。

A.鋰離子電池放電時(shí)，Li+向負(fù)極遷移

B.鋰硫電池充電時(shí)，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)

C.理論上兩種電池的比能量相同

D.上圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電

解析：此題考查的是兩種鋰電池的充放電情況。解題時(shí)要快速判斷各選項(xiàng)，一看電極，二看電極反應(yīng)。根據(jù)鋰的化合價(jià)都為正一價(jià)，反應(yīng)前后化合價(jià)不變，確定此電池放電時(shí)LixC作負(fù)極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC-xe-=C+xLi+，負(fù)極釋放的鋰離子進(jìn)入電解質(zhì)溶液遷移到正極和Li1-xCoO2反應(yīng)，所以正極反應(yīng)式為

Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，到此A選項(xiàng)就很容易判斷了。鋰硫電池放電時(shí)負(fù)極為L(zhǎng)i，發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時(shí)鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)，故B正確。比能量是參與電極反應(yīng)的單位質(zhì)量的電極材料放出電能的大小，鋰硫電池放電時(shí)Li為負(fù)極，鋰離子電池放電時(shí)負(fù)極為L(zhǎng)ixC，兩種電池的負(fù)極材料不同，所以比能量不同，故C錯(cuò)誤。D選項(xiàng)，由鋰離子電池的兩極反應(yīng)式不難看出是鋰硫電池給鋰離子電池充電，但正負(fù)極接反了。故答案為B。

[拓展二]2013年3月我國(guó)科學(xué)家報(bào)道了如下圖所示的水溶液鋰離子電池體系，下列敘述錯(cuò)誤的是（）。

A.a為電池的正極

B.電池充電反應(yīng)為L(zhǎng)iMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi

C.放電時(shí)，a極鋰的化合價(jià)發(fā)生變化

D.放電時(shí)，溶液中Li+從b向a遷移

解析：解答此題比較困難的是B、C選項(xiàng)的判斷，而此題和前兩題不同的是，它的負(fù)極材料是金屬鋰，同樣要快速書(shū)寫(xiě)出兩極反應(yīng)式，但不同的是，它的負(fù)極上是金屬鋰直接放電，所以反應(yīng)式為xLi-xe-=xLi+；正極的書(shū)寫(xiě)由于沒(méi)有總反應(yīng)相對(duì)困難些，這時(shí)依據(jù)B選項(xiàng)判斷負(fù)極生成的鋰離子進(jìn)入溶液遷移到正極可能和

Li1-xMn2O4發(fā)生反應(yīng)，所以正極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1-xMn2O4+xLi++xe-=LiMn2O4，這樣就可以輕松判斷C選項(xiàng)中鋰的化合價(jià)不變，也可以判斷B選項(xiàng)是正確的。故答案為C。

三、梳理總結(jié)

通過(guò)以上例題可以總結(jié)出，與鋰離子電池有關(guān)的題型的解答技巧是正確書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式，這樣問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。可見(jiàn)書(shū)寫(xiě)兩極反應(yīng)式是此類題型的難點(diǎn)，那么如何快速、正確地書(shū)寫(xiě)兩極反應(yīng)式？現(xiàn)總結(jié)如下。

1.如果負(fù)極材料是金屬鋰的鋰離子電池，解題方法和其他電池的解題方法大同小異，因?yàn)殇囀腔顫娊饘伲饘黉嚨匿囯x子電池中鋰自然作負(fù)極，而正極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)對(duì)于學(xué)生而言有些困難。因此兩極反應(yīng)式為：

負(fù)極：xLi-xe-=xLi+

正極：Li1-xM+xLi++xe-=LiM（M為CoO2、NiO2、Mn2O4等）

總反應(yīng)：Li1-xM+xLi=LiM（M為CoO2、NiO2、Mn2O4等）

2.如果是Li+嵌入的化合物為正負(fù)極的鋰離子電池，它的特點(diǎn)一般是負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)ixC6或LixC，正極采用鋰離子化合物L(fēng)iCoO2、LiNiO2或LiMn2O4等，電解質(zhì)為溶解有鋰鹽的LiPF6、LiAsF6等有機(jī)溶劑。此類電池放電時(shí)兩極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)一定要注意鋰離子不變價(jià)，都為+1價(jià)。

負(fù)極：LixN-xe-=N+xLi+（N為C或C6）

正極：Li1-xM+xLi++xe-=LiM（M為CoO2、NiO2、Mn2O4等）

總反應(yīng)：LixN+Li1-xM=LiM+N（N為C或C6，M為CoO2、NiO2、Mn2O4等）

（責(zé)任編輯羅艷）