新型電化學裝置解題策略研究

新型電化學裝置是科學家近年研究的重點之一，也是高考的必考考點.該類試題題材廣、情境新、陌生度高，裝置圖的呈現形式靈活多變，因此學生感覺試題難度大.本文結合實例，對該類題型加以總結，

1濃差電池

濃差電池是利用兩側半電池中電解質溶液的濃度不同而產生電勢的一種裝置.解題關鍵是抓住電解質溶液中不參與電極反應的離子從“高濃度”區移向“低濃度”區，從而判斷出濃差電池的正、負極.

例1 某濃差電池的工作原理如圖1所示.下列敘述正確的是（ ）.

圖1

A.電極Y為負極

B.離子交換膜為陰離子交換膜

C.右池中的電極反應式為 Ag-e^-+Cl^-=AgCl

D.電路中轉移 時，左池減少了0.2mol 離子

Cl^- 參加電極反應，左池 K⁺ 濃度大，所以 K⁺ 要向右池移動，故離子交換膜為陽離子交換膜，右池為正極池，左池為負極池，選項A、B錯誤.左池發生的電極反應為 Ag-e^-+Cl^-=AgCl ，右池發生的電極反應為 AgCl+e^-=Ag+Cl^- ，選項C錯誤.電路中轉移 時，左池中 0.1molCl^- 參與電極反應， 0.1molK⁺ 移向右池，共減少 0.2mol 離子，選項D正確.答案為D.

2 鋰離子電池

鋰離子電池是指以 Li⁺ 嵌入的化合物為正極材料的電池總稱.解決鋰離子電池的關鍵是判斷 Li⁺ 是從電極材料提供的“空間\"中“嵌入\"還是“脫嵌”放電時， Li⁺ 從負極材料中脫嵌移向正極，嵌入正極材料中；充電時，Li⁺ 從陽極材料中脫嵌移向陰極，嵌入陰極材料中.

例2 一種石墨烯電池的總反應為 Li_1-xCoO₂+ ，其工作原理如圖2所示，下列敘述錯誤的是（ ）.

圖2

A.該電池可選用陽離子交換膜作隔膜B.充電時，陽極的電極反應為 LiCoO₂-xe^-= xLi⁺+Li_1-xCoO₂ C.放電時，電路中轉移 ， LiCoO₂ 電極質量增加 7x gD.對廢舊的該電池進行“放電處理”，有利于回收鋰

由圖2可知，該電池充放電時， Li⁺ 發生定向移動，故可選用陽離子交換膜作隔膜，選項A敘述正確.充電時， LiCoO₂ 為陽極，電極反應為LiCoO₂-xe^-=xLi⁺+Li_1-xCoO₂ ，選項B敘述正確.放電時， LiCoO₂ 為正極，電路中轉移 1mole^- ，有1molLi⁺ 從石墨烯中脫嵌，嵌入 LiCoO₂ ， LiCoO₂ 電極質量增加 7g ，選項C敘述錯誤.放電時， Li⁺ 從石墨烯中脫出有利于回收，選項D敘述正確.答案為C.

3物質循環轉化型電池

解答此類電池相關題的關鍵是要利用好物質轉化關系，思維模式如下：1）判斷裝置類型.根據有無外加電源，判斷是電解池還是原電池.2）找準循環物質根據循環物質中元素化合價的變化，判斷裝置的正、負極或陰、陽極.3）寫出電極反應.根據電極類型和題干信息書寫電極反應.4）逐項分析得出正確答案.

例3Zn-Fe液流蓄電池可作為風能、太陽能在發電過程中非穩態的電力輸出時的補充，圖3是它的結構和工作原理.下列說法正確的是（ ）.

圖3

A.離子交換膜為陰離子交換膜

B.充電時，電極B接電源負極

C.充電時，陰極電極反應為[ZnBr₄]^2-+2e^-=Zn+4Br^-

D.放電時，正極區、負極區離子濃度均減小

由圖3可知，放電時，電極A為負極，電極反應式為 Zn⁺4Br^--2e^-=[ZnBr₄]^2- .電極B為正極，電極反應式為 [Fe（CN）₆]^4- .充電時，電極B接電源正極，作電解池的陽極，選項B錯誤.由電極反應知，負極區負電荷減少，正極區負電荷增多，故 K⁺ 由負極區通過離子交換膜移向正極區，負極區離子濃度減小，正極區離子濃度增大，選項A、D錯誤.充電時，陰極的電極反應式是放電時負極的逆反應，選項C正確.答案為C.

4含隔膜型

分析含隔膜的電化學裝置的思維路徑如下.1）看清隔膜的類型.隔膜的類型決定了能通過的離子，如陽離子交換膜不允許陰離子通過，雙極膜中解離出的H⁺ 和 OH^- 分別向兩側移動.2）寫出電極反應式，根據隔膜的類型判斷出隔膜兩側離子的變化，選擇合適的微粒進行配平.3）分析隔膜的作用，若屬于物質制備類，則隔膜的主要作用是提高產品純度，避免副反應的發生.

例4 一種利用膜技術高效制備NaOH和H₂SO₄ 的工作原理如圖4所示.膜a、膜b、膜e、膜f為離子交換膜，膜c、膜d為雙極膜，雙極膜中間層中的 H₂O 在直流電源作用下解離為 H⁺ 和 OH^- .下列說法錯誤的是（ ）.

圖4

A.N極的電勢比M極的電勢高B.膜a、膜e為陽離子交換膜，膜d輸出 OH^- C.N極的電極反應式為 2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺ D.當電路中通過 1mole^- 時，整套裝置可以制備出 1molNaOH

裝置中電極反應和離子遷移情況如圖5所示（ ① 為陰極： 2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑ ② 為陽極： 2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑）

圖5

由圖5分析可知，選項B、C說法正確.M極為陰極，N極為陽極，則電勢：N電極 gt;M 電極，選項A說法正確.當電路中通過 時，M極生成 1mol NaOH，同時在膜d和膜e之間的區域生成 1mol NaOH，故整套裝置可以制備出 2molNaOH ，選項D說法錯誤.答案為D.

新型電化學裝置通常以學術探索情境為載體考查電化學主干知識，學生應注重結合氧化還原反應基本原理，加強對電極反應方程式書寫的練習，對離子移動方向、離子濃度變化等微觀過程的分析.

（完）