高考化學(xué)電池問題的解題策略探究

沈國強(qiáng)

(浙江省桐鄉(xiāng)市教師進(jìn)修學(xué)校 314500)

一、前言

電池問題已經(jīng)成為化學(xué)高考中的熱點(diǎn),在今年各地的高考化學(xué)試題都出現(xiàn)了不同形式的電池試題.由于電池試題具有題目新穎，取材廣泛，考察全面等特點(diǎn)，學(xué)生看后往往會束手無策，失分率極高.本文以2019年年我國各地化學(xué)試題中出現(xiàn)的電池問題為例，來探討電池問題的解題規(guī)律,尋找電池問題的解題策略.

二、例題解析

例1(2019全國Ⅰ理綜卷)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示.下列說法錯誤的是( ).

A．相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時(shí)還可提供電能

C．正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3

D．電池工作時(shí)質(zhì)子通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動

解題規(guī)律與策略本題題材較為新穎，但是考查的知識仍然是原電池的基本原理.學(xué)生只要學(xué)會能從圖示中尋找物質(zhì)反應(yīng)引起化合價(jià)變化的規(guī)律，運(yùn)用氧化還原反應(yīng)的規(guī)律，推知電池的正極和負(fù)極，弄清楚在電池兩極周圍發(fā)生的各類反應(yīng)，以及電子、離子的移動規(guī)律，就可順利解答本題.

A. 三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高

D. 放電過程中OH-通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)

解題規(guī)律與策略本題以3D-Zn-NiOOH二次電池為載體，重點(diǎn)考查了二次電池在充電與放電時(shí)電極方程式的書寫，以及充放電過程中陰陽離子的移動方向等問題.只要掌握好二次電池原電池和電解池的規(guī)律,從電池總反應(yīng)式出發(fā),做好原電池的正負(fù)極和電解池的陰陽極的正確判斷,把握負(fù)極和陽極發(fā)生氧化反應(yīng),正極和陰極發(fā)生還原反應(yīng)的規(guī)律,以及電解液中陰陽離子的移動方向加以正確判斷,便可順利突破本題.

例3(2019浙江卷)化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用.下列為4種電池示意圖.

下列說法不正確的是( ).

A．甲：Zn2+向 Cu 電極方向移動，Cu 電極附近溶液中H+濃度增加

C.丙：鋅筒作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅筒會變薄

D．丁：使用一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導(dǎo)電能力下降

解題規(guī)律與策略本題考查了四種常見的電池.解題方法是差不多的.都是采用通過比較還原性的強(qiáng)弱，確定電池的正、負(fù)極.然后解決電極反應(yīng)方程式或陰陽離子的移動方向等問題.

例4(2019天津卷)我國科學(xué)家研制了一種新型的高比能量鋅-碘溴液流電池，其工作原理示意圖如下.圖中貯液器可儲存電解質(zhì)溶液，提高電池的容量.

下列敘述不正確的是( ).

B．放電時(shí)，溶液中離子的數(shù)目增大

C．充電時(shí)，b電極每增重0.65g，溶液中有0.02mol I-被氧化

D．充電時(shí)，a電極接外電源負(fù)極

解題規(guī)律和策略本題考查鋅-碘溴液流電池.解題的關(guān)鍵是要讀懂題中電極上物質(zhì)變化規(guī)律，推斷出電池的正負(fù)極，然后根據(jù)二次電池的規(guī)律，對充電時(shí)，運(yùn)用電解池原理解答新問題.

例5(2019江蘇卷)將鐵粉和活性炭的混合物用 NaCl溶液濕潤后，置于如圖所示裝置中，進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn).下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的說法正確的是( ).

B．鐵腐蝕過程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能

C．活性炭的存在會加速鐵的腐蝕

D．以水代替 NaCl溶液，鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕

例6(2019北京卷)可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如下.通過控制開關(guān)連接K1或K2，可交替得到H2和O2.

①制H2時(shí)，連接____.產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式是____.

②改變開關(guān)連接方式，可得O2.

③結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng)式，說明電極3的作用： ____.

解題規(guī)律和策略本題考查的是電解池.首先根據(jù)外電源的極性確定電解池的陰陽極，然后根據(jù)電極3中物質(zhì)變化規(guī)律寫出電極反應(yīng)式，在確定電極1(制H2)和電極3(制O2)上的反應(yīng)式，最后得知電極3的作用.

該電解池的陽極為____，總反應(yīng)為____.電解制備需要在無水條件下進(jìn)行，原因?yàn)開___.

電解制備需要在無水條件下進(jìn)行，因?yàn)橹虚g產(chǎn)物Na能與水反應(yīng)生成NaOH和H2，F(xiàn)e2+能與OH-反應(yīng)生成沉淀.

本題答案：

Fe電極

水會阻礙中間物Na的生成；水會電解生成OH-，OH-與Fe2+反應(yīng)生成Fe(OH)2.

解題規(guī)律和策略本題考查的是電解池.解題的關(guān)鍵在于抓住圖示中二茂鐵制備過程中涉及的四個(gè)化學(xué)方程式，根據(jù)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)進(jìn)行判斷，并根據(jù)四個(gè)分步反應(yīng)推導(dǎo)出電極總反應(yīng)式.再根據(jù)四個(gè)分步反應(yīng)中的中間體Na與水反應(yīng)，水會電解生成OH-，OH-與Fe2+反應(yīng)生成Fe(OH)2去解答電解制備需要在無水條件下進(jìn)行的原因.

綜上所述，在2019年高考化學(xué)試題中均出現(xiàn)了形形色色的電池問題.雖然電池試題形式上新穎獨(dú)特，而且每道試題都帶有電池裝置圖，但是解答這類試題的規(guī)律和策略是相同的.解答電池問題的步驟如下：第一步要深刻領(lǐng)會電池裝置圖所蘊(yùn)含的信息，如電極上物質(zhì)的變化，電解質(zhì)溶液物質(zhì)的變化，隔膜的作用，外電源正負(fù)極的連接方式等等；第二步是運(yùn)用氧化還原反應(yīng)的原理正確判斷電池的正負(fù)極或電解池的陰陽極，并寫出對應(yīng)的電極方程式；第三步是處理陰陽離子移動方向，電極上物質(zhì)變化的計(jì)算以及出現(xiàn)的各類新問題.