高考“宠儿”——化学能与电能的命题特点及解决对策

2016-11-14河北颜建河

高中数理化 2016年19期

◇　河北　颜建河

(作者单位：河北省衡水市故城县教育局教研室)

高考“宠儿”
——化学能与电能的命题特点及解决对策

◇河北颜建河

电化学是高考命题的热点之一,试题多以选择题为主,同时也穿插在非选择题中．电化学的知识内容既可以涉及物理知识的应用,也可以与生产生活、新科技及新技术等问题相联系,是不可忽略的一个知识点．所考查的内容多以原电池的工作原理、电解产物判断、电池反应方程式的书写、离子的移动方向、溶液的pH变化、金属的腐蚀和防护为热点．特别是可充电电池方面的信息迁移题更是高考的一大亮点,这类试题情境新、陌生度高,且知识切入点低、综合性强,充分体现了高考化学科目考能力这一指导思想．为此,一定要立足基础、重视课本核心知识的梳理与总结,充分利用典型例(习)题的讲评,最终实现在运用(训练)中掌握知识、提升能力．

1　原电池与电解池判断方法

由于原电池与电解池的组成相似,电极反应的类型相同(均为氧化还原反应),以至于学生不能正确判断哪种是原电池,哪种是电解池，如何区别呢?其方法如下:

1) 从能量转化判断.

原电池是把化学能转化为电能的装置,而电解池是把电能转化为化学能的装置．尽管它们的组成类似,但作用不同,原电池可用来产生电流,而电解池却要消耗电能．

2) 从电极名称判断.

原电池的两极分别叫正、负极,两极名称由电极材料决定,电极材料多为2种活动性不同的金属(其中一种也可以是非金属或某些氧化物),相对活动性强的金属易失去电子为负极,活动性弱的难失去电子的为正极．例如,铜锌原电池,活泼金属锌为负极,不活泼金属铜为正极．

电解池的两极分别叫阴、阳极,两极名称由外接直流电源决定,与外接直流电源负极相接的一极叫阴极,与外接直流电源正极相接的一极叫阳极．

3) 从电极反应判断.

图1

以铜锌原电池和电解氯化铜溶液为例说明:

a)铜锌原电池如图1所示．

负极(锌片)：电子流出的一极,其电极反应式为Zn-2e-=Zn2+(氧化反应);

正极(铜片)：电子流入的一极,其电极反应式为2H++2e-=H2↑ (还原反应)．

为了便于记忆可归纳为4个字:负氧正还．

图2

b)氯化铜电解池(石墨作电极)如图2所示．

阳极(C1)：与直流电源正极相接,其电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应);

阴极(C2)：与直流电源负极相接,其电极反应式为Cu2++2e-=Cu(还原反应)．

为了便于记忆可归纳为4个字:阳氧阴还．

4) 从电子流动方向判断.

在原电池中,电子从负极流入正极．在电解池中,电子从直流电源负极流入阴极,通过电解质溶液到阳极,从阳极再回到直流电源的正极．

图3

电解氯化铜溶液时,用石墨作电极,它在一般条件下不参加反应,故叫惰性电极．若把电极换成某种金属,情况就不同了,电极本身要参加反应,如在氯化锌溶液中,用铁、锌作电极如图3所示．

阳极(锌片)：与直流电源正极相接,电极反应式为Zn-2e-=Zn2+(氧化反应);

阴极(铁片)：与直流电源负极相接,其电极反应式为Zn2++2e-=Zn(还原反应)．

经过一段时间的反应,锌就沉积在铁片的表面上,这就是电镀．电镀是电解原理的一种运用,电解和电镀虽然阳极发生的都是氧化反应,但前者是电解质溶液的离子发生氧化反应,而后者是阳极本身发生的氧化反应,反应结果是消耗了阳极,而电解质溶液无变化．

综上所述,原电池、电解池、电镀池3种装置的区别搞清楚了,判断方法就可迎刃而解．

1) 单一装置:a) 凡有外加直流电源的装置,该装置为电解池．若电极本身参加反应,则可能是电镀池或电解精炼(需具体分析)．b) 无外加直流电源,两电极用金属(或一种非金属或某些氧化物)放在电解质溶液里的装置,就是原电池．用导线把两极连接，该原电池开始工作,即产生电流．若不用导线把两极连接,该原电池没有工作,即不产生电流．如干电池没有用导线把两极连接起来,就没有工作,即不产生电流,它仍然是原电池．

2) 复合装置:a) 若有外加直流电源与几个装置串联或并联,则各个装置都是电解池,若电极本身参加反应,则可能是电镀池或电解精炼(需具体分析)．b) 若无外加直流电源,而是用导线把各池的电极串联或并联起来,要根据电极材料本身的相对活动性来决定．由于中学阶段不学电极电位,一般活动性大的金属作电极的装置为原电池,与原电池相连的各池是电解池,若电极参加反应者,情况如前所述．如图4所示，从电极材料本身看,铝相对活动性大,B池为原电池,负极(Al):2Al-6e-=2Al3+;正极(Cu):3Cu2++6e-=3Cu．A池为电解池,阳极(Cu):Cu-2e-=Cu2+;阴极(Fe):2H++2e-=H2↑．电子由Al流到Fe,再由A池的Cu流到B池的Cu．再如图5所示，电极材料中铁的相对活动性大,所以A池为原电池．电极反应如下，负极(Fe):Fe-2e-=Fe2+;正极(Cu):2H++2e-=H2↑．电子由Fe流到C,再由B池的Cu流到A池的Cu．B池为电解池,电极反应如下，阳极(Cu):Cu-2e-=Cu2+;阴极(C):Cu2++2e-=Cu．经过一段时间,C电极上沉积一层铜．

图4　　　　　　　　　　　　图5

2　可充电电池核心知识分析

1) 可充电电池分为放电和充电2个过程．放电是原电池反应,其相关知识可依据原电池原理进行分析;充电是电解池反应,其相关知识可依据电解原理进行分析．

2) 判断电池放电时的电极极性和材料,可先标出放电(原电池)总反应式电子转移的方向和数目,失去电子的一极为负极,该物质为负极材料;得到电子的一极为正极,该物质为正极材料．判断电池充电时的电极极性和材料,方法同前,失去电子的一极为阳极,该物质即为阳极材料;得到电子的一极为阴极,该物质即为阴极材料．

3) 书写可充电电池电极反应时,一般都是先书写放电的电极反应式．书写时要遵循以下步骤:a)先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目,指出参与负极和正极反应的物质;b)写出一个比较容易书写的电极反应式(要注意电极产物是否与电解质溶液共存);c)要在遵循电子守恒的基础上,用总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式．对于充电的电极反应来说,其书写方法与放电的电极反应过程相反,即充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程,充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程．

4) 判断可充电电池的氧化还原过程,可根据电极反应式进行分析,放电(原电池)的负极及充电(电解池)的阳极均失去电子,其变价元素被氧化,发生了氧化反应，放电(原电池)的正极及充电(电解池)的阴极均得到电子,其变价元素被还原,发生了还原反应．

5) 对溶液中离子移动方向的判断．放电时,阴离子移向负极,阳离子移向正极;充电时,阴离子移向阳极,阳离子移向阴极．

6) 可充电电池充电时与电源的连接关系.可充电电池用完后充电时,原电池的负极与外电源的负极相连,原电池的正极与外电源的正极相连．