電化學(xué)試題中易錯(cuò)型題歸類建模解析

劉 宇

(四川省瀘州市瀘縣二中 646106)

電化學(xué)知識(shí)屬實(shí)驗(yàn)化學(xué)內(nèi)容，與理論化學(xué)氧化還原反應(yīng)緊密聯(lián)系.電化學(xué)以氧化還原反應(yīng)原理進(jìn)行電極反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)原理在電化學(xué)中得以具體呈現(xiàn)和拓展延伸.在近年的高考試題中，直接考查氧化還原反應(yīng)的試題逐年減少，但以電化學(xué)形式的考查趨于頻繁，文章就電化學(xué)試題的重要考點(diǎn)中常見的幾種易錯(cuò)題型進(jìn)行歸類分析，建立不同的解題模型，幫助同學(xué)們快速、有效的解答這一類試題.

一、電極的判斷

電化學(xué)知識(shí)包括原電池和電解池兩類，原電池的兩個(gè)電極分別是正極和負(fù)極、電解池的兩個(gè)電極分別是陰極和陽極.原電池反應(yīng)中存在自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，在能自發(fā)的氧化還原反應(yīng)中，失電子能力強(qiáng)的作負(fù)極(發(fā)生氧化反應(yīng))，另一極作正極.電解池與外接電源相連，連接電源正極的是陽極(發(fā)生氧化反應(yīng))，另一極是陰極.

例1某學(xué)生按右圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下列說法不正確的是( ).

A．A池為原電池，B池為電解池

C．石墨棒C1附近可觀察到溶液呈紅色

D．當(dāng)C2極析出224 mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，鋅電極的質(zhì)量減少0.65 g

答案:C

解題技巧原電池中的正、負(fù)極變化關(guān)系如下圖所示，解題時(shí)依據(jù)題目給予信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化判斷即可定性、定量解答相關(guān)問題.

例2 分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是( ).

A．①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極

答案：B

易錯(cuò)點(diǎn)撥在很多常規(guī)反應(yīng)(如金屬與酸、與鹽溶液反應(yīng))中，可能兩個(gè)電極均能發(fā)生反應(yīng)，此時(shí)金屬性強(qiáng)的失電子能力強(qiáng)，優(yōu)先失電子作負(fù)極，即有“活潑金屬作負(fù)極”.但在濃硝酸作電解質(zhì)溶液時(shí)，鐵、鋁發(fā)生鈍化，不能繼續(xù)反應(yīng)，鐵、鋁作正極，其他活潑性較差的也能作負(fù)極；在NaOH溶液作電解質(zhì)溶液時(shí)，兩性金屬Al能與之反應(yīng)作負(fù)極，其他金屬與NaOH溶液不反應(yīng)作正極.

例3 (2019福建廈門外國語學(xué)校三模)全釩液流電池裝置如圖，電解液在電解質(zhì)儲(chǔ)罐和電池間不斷循環(huán).下列說法錯(cuò)誤的是( ).

A．充電時(shí)，氫離子通過交換膜移向右側(cè)

B．充電時(shí)，電源負(fù)極連接a電極

答案：B

方法點(diǎn)撥解決可充電電池的問題時(shí)，一般從原電池入手.結(jié)合原電池的總反應(yīng)判斷正、負(fù)極(氧化劑在正極得電子，還原劑在負(fù)極失電子)，進(jìn)而得到各電極的反應(yīng).將原電池的正極反應(yīng)倒過來就是電解的陽極反應(yīng)，將原電池的負(fù)極反應(yīng)倒過來就是電解的陰極反應(yīng).

二、電極反應(yīng)方程式的書寫

電極反應(yīng)方程式就是某電極涉及粒子得失電子并發(fā)生特定反應(yīng)的式子.書寫時(shí)可借助氧化還原反應(yīng)方程式的拆分進(jìn)行書寫，也可以根據(jù)電極的判斷，確定在該電極得失電子的放電粒子，關(guān)注粒子得失電子的個(gè)數(shù)關(guān)系進(jìn)行書寫，特別需要關(guān)注的是在書寫時(shí)也要考慮正極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的問題，若參與反應(yīng)也要書寫疊加式.

例4 氫氧熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫電池(600～700℃)，具有效率高、噪音低、無污染、燃料多樣、余熱利用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn).氫氧熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如圖所示.下列有關(guān)該電池的說法正確的是( ).

A．電池工作時(shí)，熔融碳酸鹽只起到導(dǎo)電的作用

C．該電池可利用工廠中排出的CO2，減少溫室氣體的排放

D．電池工作時(shí)，外電路中流過0.2 mol電子，消耗3.2 g O2

答案：B

例5 (2019新課標(biāo)卷Ⅲ)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如下圖所示.電池反應(yīng)為下列說法錯(cuò)誤的是( ).

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)

答案：D

三、電解質(zhì)溶液中粒子的運(yùn)動(dòng)及變化

電解質(zhì)溶液中的粒子在電極參與放電后，由于得失一定數(shù)目的電子，必然導(dǎo)致電極區(qū)域粒子帶有的的電荷數(shù)發(fā)生變化，因此為了維持區(qū)域電中性原理，離子會(huì)有序的進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)，也就可能涉及c(H+)或者c(OH-)的變化，導(dǎo)致溶液pH變化.

例6 關(guān)于下圖所示①、②兩個(gè)裝置的敘述，正確的是( ).

A．裝置名稱：①是原電池，②是電解池

B．硫酸濃度變化：①增大，②減小

D．離子移動(dòng)方向：①中H+向陰極方向移動(dòng)，②中H+向負(fù)極方向移動(dòng)

答案：B

A．檢測(cè)時(shí)，電解質(zhì)溶液中的H+向負(fù)極移動(dòng)

B．若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48 L氧氣

答案：C

拓展點(diǎn)撥電解質(zhì)溶液參與電極的放電過程，會(huì)導(dǎo)致溶液中離子的濃度發(fā)生變化，但溶液中離子的定向運(yùn)動(dòng)需要時(shí)間，因此還應(yīng)該具體的識(shí)別提問的方式.提問為放電時(shí)，即離子還未來得及運(yùn)動(dòng)，可用電極反應(yīng)式解答問題；若提問放電一段時(shí)間后，離子運(yùn)動(dòng)結(jié)束，應(yīng)使用電池總反應(yīng)方程式解答問題.

四、電化學(xué)中的化學(xué)計(jì)算

電化學(xué)原理即是氧化還原反應(yīng)，因此可以通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中的定量關(guān)系，確定電路中電子的轉(zhuǎn)移情況，進(jìn)而依據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算溶液中離子的變化(含pH的計(jì)算)，電極質(zhì)量的變化，電極產(chǎn)生(或消耗)氣體的量等.

例8 新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH4和O2，電解質(zhì)為KOH溶液.某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進(jìn)行飽和氯化鈉溶液的電解實(shí)驗(yàn)，如圖所示.

若每個(gè)電池中甲烷的通入量為1 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，且反應(yīng)完全，則理論上最多能產(chǎn)生的氯氣體積為____L(標(biāo)準(zhǔn)狀況).

答案：4

易錯(cuò)點(diǎn)撥題目中涉及兩個(gè)甲烷燃料電池，因此兩個(gè)電池均通入等量的甲烷，才能使整個(gè)電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等，因此只需計(jì)算依次甲烷轉(zhuǎn)移的電子數(shù)而非將他們相加計(jì)算.

例9 用陽極X和陰極Y電解Z的水溶液，電解一段時(shí)間后，再加入W，能使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，符合題意的一組是( ).

選項(xiàng)XYZWACFeNaClH2OBPtCuCu(NO3)2Cu(NO3)2溶液CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3晶體

答案：C

關(guān)鍵點(diǎn)撥對(duì)于電池放電，由于電解質(zhì)溶液(溶質(zhì)或溶劑)參與了放電，因此會(huì)導(dǎo)致溶液的濃度發(fā)生變化，欲使溶液恢復(fù)到原溶液狀態(tài)，不僅要關(guān)注電極上哪些離子參與放電，更重要的是關(guān)注哪些離子沖溶液中脫離，脫離了什么補(bǔ)充什么，脫離了多少補(bǔ)充多少，即可恢復(fù)到原溶液狀態(tài).

A．35.5∶108 B．16∶207 C．8∶1 D．108∶35.5

答案：C

誤區(qū)警示像這樣的試題，表面看起來即是電化學(xué)試題，結(jié)合陰陽兩個(gè)電極的放電順序，可知陰極Ag+放電，陽極Cl-放電，極易誤選D項(xiàng)，因此在電解質(zhì)溶液中討論其它相關(guān)問題的計(jì)算或者概念問題時(shí)，均需首先考慮該溶液中的離子是否能大量共存，再進(jìn)一步作其他分析.

電化學(xué)問題的分析借助于氧化還原反應(yīng)原理的分析，可將實(shí)驗(yàn)化學(xué)過程中微觀的得失電子、電解質(zhì)溶液中離子的定向運(yùn)動(dòng)關(guān)系，包括膜的選擇等問題清晰的呈現(xiàn).