电化学试题的解题思路分析

芦红霞

摘 要：电化学是中学化学学科中的重要内容，也是高考考查的重点.试题涉及有电极判断、电极反应式书写、离子的移动等相关问题，通过高考真题的分析来提炼处理这类问题的方法.

关键词：氧化还原反应;电子转移;电极判断;离子移动;高中化学

电化学试题的解题思路一般可以分成这样四个步骤来进行：1.先弄清楚是电池反应还是电解反应;2.根据信息说明或反应中物质价态变化确定正、负极或阴、阳极;3.根据物质的特点确定反应的微粒;4.根据反应所处的环境正确写出电極反应式以及判断离子的移动方向.下面就结合具体的高考试题来分析.

一、考查电极反应式书写

例1 （2018年江苏-20节选）用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸.写出电解时阳极的电极反应式：.

分析 稀硝酸吸收NOx后有HNO3和HNO2两种物质，想通过电解的方法来得到较浓的硝酸.从这句表达来看该过程属于电解反应，目的是使混合溶液中的亚硝酸转化成硝酸，让氮元素价态升高，氮元素价态升高的过程就是氮原子失去电子的过程，所以应该在电解池的阳极反应.在这个过程中涉及的问题还有：（1）NO-2转化成NO-3的变化中，缺少的氧原子可以用什么微粒来补充？（2）电极式也是离子方程式，微粒以什么样的形式保留呢？由于亚硝酸属于弱酸，应当以分子形式存在;缺少的氧原子在溶液中一般以水或者OH-补充，考虑该溶液为酸性，用水比较合理.最终写出的阳极的电极反应式为：

二、考查电极判断

电化学反应中，电极的确定和电子的得失是联系在一起的，电子的得失在物质价态变化上显现出来.如果电极名称没有标明，就可以通过微粒中元素价态变化来确定反应的电极.

分析 根据提供的电池总反应可以看出，钠在反应中化合价升高，失电子，应该在负极反应，则正极反应物应为CO2，那正极的反应式为3CO2+4e-2CO2-3+C.从提供的图示也可以判断：左边电极上发生反应的物质为钠，右边为CO2.其中钠为非常活泼的金属，易失电子，很显然钠为负极反应物.负极失去电子后该区域区带正电荷，正极区得到电子后带负电荷，那电解液中的离子会相应移动维持电荷平衡.所以放电时ClO-4向负极移动.充电时，阴极得到电子，钠离子被还原，发生的反应为是Na++e-Na，此时电极名称为阴极，解题时要注意区分电池反应和电解反应的电极名称.

三、考查离子的移动方向

在电化学反应中，离子的移动来维持电荷的平衡.一般来说有两种情况：浓度大的离子会向离子浓度小的区域扩散、离子向带相反电荷的方向移动.

例3 （2017年江苏-16节选）电解Na2CO3溶液的原理如图所示.

阳极的电极反应式为，阴极产生的物质A的化学式为.

分析 该题装置为电解反应，左池是阳极区，右池为阴极区.阳极失去电子，发生氧化反应.阴极得到电子，发生还原反应.那发生反应的离子分别是什么呢？在阳极区产生氧气，原来氧元素存在于CO2-3或H2O中，都是以-2价存在，考虑最后CO2-3转化成HCO-3，所以应该是水发生反应产生氧气.即2H2O-4e-4H++O2，产生的H+立即与CO2-3反应生成HCO-3，所以总反应应该写成4CO2-3+2H2O-4e-4HCO-3+O2，由于CO2-3转化成HCO-3，所带负电荷减少，为了维持电荷平衡，钠离子由阳极区通过阳离子交换膜转移到阴极区.再看阴极区的反应，稀的NaOH转变成浓的NaOH溶液，钠离子由阳极区转移过来的，OH-则由阴极区产生，从存在的微粒来看，只有水参加反应得到，所以阴极区是水得到电子，发生还原反应：2H2O+2e-H2+2OH-，则A为氢气.

四、根据实际情况分析反应物质

在电化学反应中，除了一些常见的微粒发生反应外，也会看到一些不是很常见的物质，比如活泼的金属离子、非金属离子或单质参见反应.这种情况的出现需要根据实际情况进行分析，判断出具体反应的物质，再依据电化学中电子转移的理论来分析即可.

例4 （2018全国卷Ⅲ-27节选） KIO3可采用“电解法”制备，装置如图所示.

写出电解时阴极的电极反应式.

电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为，其迁移方向是.

分析 该电解装置的目的是制取KIO3，从提供的原料来看，KIO3在阳极区产生.阴极区的物质是KOH溶液，能得到电子的只有水中的氢，电极反应为：2H2O+2e-H2+2OH-，那阳极的反应呢？参加反应的物质是KOH与I2，且从价态分析碘元素由单质的0价转化成IO-3中的+5价，失电子，结合碱性溶液的氛围，电极反应式可以写：I2-10e-+12OH-2IO-3+6H2O.反应中消耗的OH-比生成的IO-3多，负电荷减少，正电荷增加，多余的K+则由a室通过阳离子交换膜进入b室.该题考查时虽然没有要求写出阳极的电极反应式，但从离子移动的方向来看，还是需要能分析清楚阳极的反应情况.虽然平时的教学中有关I2的内容较少，但依据该题中情境的实际情况来分析就可以得到答案.

（2018年全国卷Ⅱ-26节选），以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：

电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为_______;

分析：该工业流程最终目的为了制取锌单质.将原料闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）经过一系列反应后去除其中的杂质，并转化为ZnSO4溶液.如果电解ZnSO4稀溶液，也许发生反应的物质仍然是水，但题中要求得到锌单质，发生反应的物质必定是Zn2+.也许在平时的学习中一般认为，在水溶液中活泼金属的离子不容易参加反应，如果采用锌作电极，并通过增加锌离子的浓度来增强氧化能力，反应是完全可以发生的.这其实也是氢在锌电极上具有超电势所致.该方案最后可以选择电解饱和硫酸锌溶液，则锌离子发生反应就很正常.这种情况就需要考虑实际问题，不能墨守成规，认为水溶液中一定反应的是H+或者OH-.

电化学的基础是氧化还原反应，在处理电化学问题时要抓住本质（电子转移的情况）和现象（微粒中元素化合价的变化）这两个方面分析，同时注意结合具体的反应情况就可以完美的解决问题.虽然需要回答的问题只是一到两个方面，但在分析时应该把握住整个装置.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]李宗来，李小娟.例谈电解原理在高考题中的应用[J].化学教学，2019（5）：37-39.

[3]曹锡章，张婉蕙，杜尧国.无机化学[M].北京：高等教育出版社，2002.

[责任编辑：季春阳]