高考化學(xué)電化學(xué)選擇題速解法

陳文初

隨著新能源的興起和普及，關(guān)于電化學(xué)的研究越來(lái)越受到重視，高考中電化學(xué)知識(shí)的考查在高考試題中占比也越來(lái)越高。2022年廣東高考題中出現(xiàn)了兩道考查電化學(xué)知識(shí)的選擇題，總分值為6分；2023年更是增加到三道題，總分值達(dá)到10分。這顯示了在廣東高考化學(xué)試題中基礎(chǔ)性試題和綜合性試題都在加強(qiáng)電化學(xué)知識(shí)的考查。本文通過(guò)對(duì)近兩年廣東高考電化學(xué)相關(guān)選擇題的綜合分析，總結(jié)了該類試題的?？贾R(shí)點(diǎn)和解題技巧，從而提高學(xué)生的解題效率和學(xué)習(xí)信心。

一、基礎(chǔ)性電化學(xué)選擇題分析及解題策略

【例1】（2022年廣東卷第10題） 以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽(yáng)極進(jìn)行電解，實(shí)現(xiàn)Al的再生。該過(guò)程中（）

A．陰極發(fā)生的反應(yīng)為Mg-2e-=Mg2+

B．陰極上Al被氧化

C．在電解槽底部產(chǎn)生含Cu的陽(yáng)極泥

D．陽(yáng)極和陰極的質(zhì)量變化相等

【解析】根據(jù)電解原理可知，電解池中陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，該題中以熔融鹽為電解液，含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽(yáng)極進(jìn)行電解，通過(guò)控制一定的條件，從而可使陽(yáng)極區(qū)Mg和Al發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，分別生成Mg2+和Al3+，Cu和Si不參與反應(yīng)，陰極區(qū)Al3+得電子生成Al單質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)Al的再生。A項(xiàng)，陰極應(yīng)該發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，實(shí)際上Mg在陽(yáng)極失電子生成Mg2+，A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，Al在陽(yáng)極上被氧化生成Al3+，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，陽(yáng)極材料中Cu和Si不參與氧化反應(yīng)，在電解槽底部可形成陽(yáng)極泥，C正確；D項(xiàng)，因?yàn)殛?yáng)極除了鋁參與電子轉(zhuǎn)移，鎂也參與了電子轉(zhuǎn)移，且還會(huì)形成陽(yáng)極泥，而陰極只有鋁離子得電子生成鋁單質(zhì)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)守恒及元素守恒可知，陽(yáng)極與陰極的質(zhì)量變化不相等，D錯(cuò)誤；故選C。

【例2】（2023年廣東卷第6題）負(fù)載有Pt和Ag的活性炭，可選擇性去除Cl-實(shí)現(xiàn)廢酸的純化，其工作原理如圖1所示。下列說(shuō)法正確的是（）

A.Ag作原電池正極

B. 電子由Ag經(jīng)活性炭流向Pt

C.Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-=4OH-

D. 每消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下112L的O2，最多去除1mol Cl-

【解析】O2在Pt得電子發(fā)生還原反應(yīng)，Pt為正極。根據(jù)題意和圖示，Cl-在Ag極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag為負(fù)極。A．由分析可知，Cl-在Ag極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag為負(fù)極，A錯(cuò)誤；B．電子由負(fù)極Ag經(jīng)活性炭流向正極Pt，B正確；C．溶液為酸性，電極方程式不能出現(xiàn)OH-，Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng)應(yīng)為O2+4H++4e-=2H2O，C錯(cuò)誤；D．根據(jù)電極反應(yīng)關(guān)系式：4e-～O2～4Cl-，每消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下112L即05mol O2，可除2mol Cl-，D錯(cuò)誤。故選B。

【解題策略】

1.運(yùn)用基本的電極方程式書寫和離子的放電順序等知識(shí)。

（1）電解電解質(zhì)水溶液時(shí)，陽(yáng)極放電順序?yàn)椋夯钚越饘訇?yáng)極（Au 、Pt 除外）>S2->I- > Br->Cl->OH->含氧酸根離子 。

如果是熔融鹽電解液，陽(yáng)極含多種金屬，則按照金屬活動(dòng)順序，活潑金屬優(yōu)先放電，較不活潑的金屬通常還沒(méi)來(lái)得及放電就已經(jīng)脫落陽(yáng)極成為陽(yáng)極泥。

（2）電解電解質(zhì)水溶液時(shí)，陰極放電順序?yàn)椋篈g+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> Mg2+>Na+>Ca2+>K+。

陽(yáng)離子放電，其順序大體可參照金屬活動(dòng)順序來(lái)推斷。位于金屬活動(dòng)順序表后面的金屬，其對(duì)應(yīng)的陽(yáng)離子優(yōu)先得到電子。

2.熟悉運(yùn)用電化學(xué)腐蝕的基本原理。

電化學(xué)腐蝕的分類：

（1）析氫腐蝕——腐蝕過(guò)程中不斷有氫氣放出

①條件：潮濕空氣中形成的水膜，酸性較強(qiáng)（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等氣體）

②電極反應(yīng)：

負(fù)極： Fe-2e-=Fe2+

正極： 2H++2e-=H2↑

總式：Fe+2H+=Fe2++H2↑

（2）吸氧腐蝕——反應(yīng)過(guò)程吸收氧氣

①條件：堿性或中性或弱酸性溶液

②電極反應(yīng)：

負(fù)極： 2Fe-4e-=2Fe2+

正極： O2+4e-+2H2O =4OH-

總式：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2。

二、綜合性電化學(xué)選擇題分析及解題策略

【例3】（2022年廣東卷第16題）科學(xué)家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無(wú)需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲(chǔ)能設(shè)備（如圖2）。充電時(shí)電極a的反應(yīng)為：

NaTi2（PO4）3+2Na++2e-Na3Ti2（PO4）3。下列說(shuō)法正確的是（）

A．充電時(shí)電極b是陰極

B．放電時(shí)NaCl溶液的pH減小

C．放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大

D．每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g

【解析】A項(xiàng)，由充電時(shí)電極a的反應(yīng)可知，充電時(shí)電極a發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極a是陰極，則電極b是陽(yáng)極，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，放電時(shí)電極反應(yīng)和充電時(shí)相反，則由放電時(shí)電極a的反應(yīng)為Na3Ti2（PO4）3-2e-NaTi2（PO4）3+2Na+，正極反應(yīng)為Cl2+2e-=2Cl-，可知，NaCl溶液的pH不變，故B錯(cuò)誤；反應(yīng)后Na+和Cl-濃度都增大，則放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大，故C正確；D項(xiàng)，充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為2Cl--2e-=Cl2↑，陰極反應(yīng)為NaTi2（PO4）3+2Na++2e-Na3Ti2（PO4）3，由得失電子守恒可知，每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g/mol×2mol=46g，D錯(cuò)誤；故選C。

【例4】（2023年廣東卷第13題）利用活性石墨電極電解飽和食鹽水，進(jìn)行如圖3所示實(shí)驗(yàn)。閉合K1，一段時(shí)間后（）

A.U型管兩側(cè)均有氣泡冒出，分別是Cl2和O2

B.a處布條褪色，說(shuō)明Cl2具有漂白性

C.b處出現(xiàn)藍(lán)色，說(shuō)明還原性：Cl->I-

D.斷開(kāi)K1，立刻閉合K2，電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)

【解析】閉合K1，形成電解池，電解飽和食鹽水，左側(cè)為陽(yáng)極，陽(yáng)極氯離子失去電子生成氯氣，電極反應(yīng)為2Cl--2e-=Cl2↑，右側(cè)為陰極，陰極電極反應(yīng)為2H2O+2e-H2↑+2OH-，總反應(yīng)為2NaCl+2H2O電解2NaOH+H2↑+Cl2↑。A．根據(jù)分析，U型管兩側(cè)均有氣泡冒出，分別是Cl2和H2，A錯(cuò)誤；B．左側(cè)生成氯氣，氯氣遇到水生成HClO，具有漂白性，則a處布條褪色，說(shuō)明HClO具有漂白性，B錯(cuò)誤；C．b處出現(xiàn)藍(lán)色，發(fā)生Cl2+2KII2+2KCl，說(shuō)明還原性：I->Cl-，C錯(cuò)誤；D．?dāng)嚅_(kāi)K1，立刻閉合K2，此時(shí)構(gòu)成氫氯燃料電池，形成電流，電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)，D正確；故選D。

【例5】（2023年廣東卷第16題）用一種具有“卯榫”結(jié)構(gòu)的雙極膜組裝電解池（如圖4所示），可實(shí)現(xiàn)大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時(shí)，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H+和OH-，有利于電解反應(yīng)順利進(jìn)行。下列說(shuō)法不正確的是（）

A. 電解總反應(yīng)：KNO3+3H2ONH3·H2O+2O2↑+KOH

B. 每生成1mol NH3·H2O，雙極膜處有9 mol的H2O解離

C. 電解過(guò)程中，陽(yáng)極室中KOH的物質(zhì)的量不因反應(yīng)而改變

D. 相比于平面結(jié)構(gòu)雙極膜，“卯榫”結(jié)構(gòu)可提高氨生成速率

【解析】A．由分析中陰陽(yáng)極電極方程式可知，電解總反應(yīng)為KNO3+3H2ONH3·H2O+ 2O2↑+ KOH，故A正確；B．每生成1molNH3·H2O，陰極得8mole-，同時(shí)雙極膜處有8mol H+進(jìn)入陰極室，即有8mol的H2O解離，故B錯(cuò)誤；C．電解過(guò)程中，陽(yáng)極室每消耗4molOH-，同時(shí)有4mol OH-通過(guò)雙極膜進(jìn)入陽(yáng)極室，KOH的物質(zhì)的量不因反應(yīng)而改變，故C正確；相比于平面結(jié)構(gòu)雙極膜，“卯榫”結(jié)構(gòu)具有更大的膜面積，有利于H2O被催化解離成H+和OH-，可提高氨生成速率，故D正確；故選B。

【解題策略】 近兩年的廣東高考化學(xué)試題均有原電池和電解池結(jié)合的綜合性電化學(xué)題選擇題，難度較大。但只要充分運(yùn)用以下基本的原電池和電解池原理去解答，也可以比較快地準(zhǔn)確做出判斷。

1.電子、離子的移動(dòng)方向：首先要明確電子只能在導(dǎo)線或固體電極上傳遞，而不能從電解質(zhì)溶液中通過(guò)，離子可以通過(guò)電解質(zhì)溶液或者固體電解質(zhì)（即電子不下水，離子不上岸），電流從電勢(shì)高的正極流向負(fù)極。

（1）電子移動(dòng)方向：原電池電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極；電解池電子從直流電源負(fù)極流出，流入陰極，再?gòu)年?yáng)極流出，流入直流電源正極。

（2）離子的移動(dòng)方向：原電池：正正負(fù)負(fù)；電解池：陰陽(yáng)相吸。即原電池帶正電的離子（陽(yáng)離子）移向正極，帶負(fù)電的離子（陰離子）移向負(fù)極；電解池陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)。

2.電極反應(yīng)的判斷：電化學(xué)中發(fā)生氧化反應(yīng)（失去電子）的電極為陽(yáng)極或負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)（得到電子）的電極為陰極或正極。規(guī)律：負(fù)極、陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)（失去電子），正極、陰極發(fā)生還原反應(yīng)（得到電子）。

（1）看選項(xiàng)所給正極、陰極反應(yīng)式是否為“＋xe-”；負(fù)極、陽(yáng)極反應(yīng)式是否為“－xe-”。

（2）判斷是充電還是放電；所給反應(yīng)的反應(yīng)物是否正確（有時(shí)放電反應(yīng)的題目會(huì)給出充電時(shí)的反應(yīng)）。

（3）考慮反應(yīng)環(huán)境對(duì)產(chǎn)物的影響，如酸性環(huán)境不能生成OH-。

3.可充電電池：充電要求“正接正，負(fù)接負(fù)”，即充電時(shí)電池的負(fù)極與電源的負(fù)極相連作陰極，電池的正極與電源的正極相連作陽(yáng)極。電極反應(yīng)特點(diǎn)：負(fù)極與陰極相反，正極與陽(yáng)極相反。

4.溶液pH（物質(zhì)）變化：電解質(zhì)溶液pH的變化與溶液中c（H+） 或c（OH-）的變化有關(guān)，在解題中注意分析電極反應(yīng)或總反應(yīng)方程式中c（ H+）或c（OH-）的變化。電極附近的pH變化要看電極反應(yīng)，電解質(zhì)溶液的pH變化要看總反應(yīng)。一般電解池pH變化：“陰盛陽(yáng)衰”，即陰極pH增大，陽(yáng)極pH減小。

5.電極產(chǎn)物的判斷及電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算： 在電化學(xué)中電極產(chǎn)物是與電解質(zhì)接觸的，因此判斷電極產(chǎn)物時(shí)不要忽略介質(zhì)（電解質(zhì)）參與反應(yīng)，相關(guān)量計(jì)算時(shí)的主要依據(jù)為電子守恒， 即在串聯(lián)電路中，通過(guò)每個(gè)電極的電子數(shù)均相等，相關(guān)量計(jì)算時(shí)遵循電子守恒。

（1）電極產(chǎn)物的判斷：反應(yīng)物得失電子后在電解質(zhì)溶液中要能穩(wěn)定存在，即判斷電極產(chǎn)物時(shí)不要忽略介質(zhì)。如當(dāng)KOH溶液為電解質(zhì)時(shí)，CH4燃料電池中碳元素對(duì)應(yīng)產(chǎn)物不是CO2，而是CO32-。

（2）相關(guān)量的計(jì)算要以電極反應(yīng)或總反應(yīng)為依據(jù)，遵循電子守恒。熟記常見(jiàn)電子與物質(zhì)間計(jì)算關(guān)系式：4e-～O2～2H2～2Cu～2Cl2～4Ag～4H+～4OH-。涉及氣體體積，首先要看一下有沒(méi)有“標(biāo)準(zhǔn)狀況”，然后再進(jìn)行計(jì)算。

三、基于選擇題的速解策略

實(shí)際上，在熟悉掌握原電池和電解池的基本工作原理和規(guī)律后，對(duì)于大多數(shù)選擇題，還有更快更高效的解法，堪稱“秒殺技巧”。這里另選取幾道全國(guó)高考電化學(xué)試題為例來(lái)分析。

【例6】（2022全國(guó)甲卷）一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖5所示（KOH溶液中，Zn2+以Zn（OH）2－4存在）。電池放電時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是（）

A.Ⅱ區(qū)的K+通過(guò)隔膜向Ⅲ區(qū)遷移

B.Ⅰ區(qū)的SO2－4通過(guò)隔膜向Ⅱ區(qū)遷移

C.MnO2電極反應(yīng)：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O

D.電池總反應(yīng)：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn（OH）2－4+Mn2++2H2O

【秒殺技巧】對(duì)于原電池，首先判斷正負(fù)極。右邊的Zn為活潑金屬，而左邊的MnO2為氧化性物質(zhì)，故可判斷左邊MnO2為正極，右邊的Zn為負(fù)極，根據(jù)電池中離子移動(dòng)規(guī)律“正向正，負(fù)向負(fù)”，K+應(yīng)向左邊的Ⅰ區(qū)遷移，故A錯(cuò)誤，選A。

下列敘述錯(cuò)誤的是（ ）

A.充電時(shí)Na+從鈉電極向硫電極遷移

B.放電時(shí)外電路電子流動(dòng)的方向是a→b

C.放電時(shí)正極反應(yīng)

D.炭化纖維素紙的作用是增強(qiáng)硫電極導(dǎo)電性能

【秒殺技巧】作為電池，顯然活潑金屬一極鈉電極為負(fù)極，充電時(shí)變成電解池，負(fù)極外接負(fù)極做陰極。根據(jù)電解池中離子移動(dòng)規(guī)律“陰向陽(yáng)，陽(yáng)向陰”，Na+應(yīng)向陰極鈉電極遷移，故A錯(cuò)誤，選A。

【速解策略】準(zhǔn)確判斷出兩極，很多問(wèn)題即可迎刃而解。通過(guò)判斷電極的正與負(fù)、陰與陽(yáng)，明確裝置中微粒的遷移方向，電路中電子的流向，一般就可以確定若干選項(xiàng)的正誤。同時(shí)，對(duì)教材中典型的電化學(xué)裝置，如銅鋅原電池、氫氧燃料電池、電解飽和食鹽水模型、鉛蓄電池的基本原理要理解透徹。只有在吃透教材中典型電化學(xué)裝置的基礎(chǔ)上，才能很好地構(gòu)建解題模型，梳理解題思路，完成知識(shí)的遷移，才能做到以不變應(yīng)萬(wàn)變。