電化學試題中易錯型題歸類建模解析

劉 宇

(四川省瀘州市瀘縣二中 646106)

電化學知識屬實驗化學內容，與理論化學氧化還原反應緊密聯系.電化學以氧化還原反應原理進行電極反應，氧化還原反應原理在電化學中得以具體呈現和拓展延伸.在近年的高考試題中，直接考查氧化還原反應的試題逐年減少，但以電化學形式的考查趨于頻繁，文章就電化學試題的重要考點中常見的幾種易錯題型進行歸類分析，建立不同的解題模型，幫助同學們快速、有效的解答這一類試題.

一、電極的判斷

電化學知識包括原電池和電解池兩類，原電池的兩個電極分別是正極和負極、電解池的兩個電極分別是陰極和陽極.原電池反應中存在自發的氧化還原反應，在能自發的氧化還原反應中，失電子能力強的作負極(發生氧化反應)，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(發生氧化反應)，另一極是陰極.

例1某學生按右圖裝置進行實驗，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C2極析出224 mL氣體(標準狀況)時，鋅電極的質量減少0.65 g

答案:C

解題技巧原電池中的正、負極變化關系如下圖所示，解題時依據題目給予信息進行轉化判斷即可定性、定量解答相關問題.

例2 分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是( ).

A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極

答案：B

易錯點撥在很多常規反應(如金屬與酸、與鹽溶液反應)中，可能兩個電極均能發生反應，此時金屬性強的失電子能力強，優先失電子作負極，即有“活潑金屬作負極”.但在濃硝酸作電解質溶液時，鐵、鋁發生鈍化，不能繼續反應，鐵、鋁作正極，其他活潑性較差的也能作負極；在NaOH溶液作電解質溶液時，兩性金屬Al能與之反應作負極，其他金屬與NaOH溶液不反應作正極.

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

A．充電時，氫離子通過交換膜移向右側

B．充電時，電源負極連接a電極

答案：B

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

二、電極反應方程式的書寫

電極反應方程式就是某電極涉及粒子得失電子并發生特定反應的式子.書寫時可借助氧化還原反應方程式的拆分進行書寫，也可以根據電極的判斷，確定在該電極得失電子的放電粒子，關注粒子得失電子的個數關系進行書寫，特別需要關注的是在書寫時也要考慮正極反應產物是否與電解質溶液反應的問題，若參與反應也要書寫疊加式.

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、余熱利用價值高等優點.氫氧熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如圖所示.下列有關該電池的說法正確的是( ).

A．電池工作時，熔融碳酸鹽只起到導電的作用

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，外電路中流過0.2 mol電子，消耗3.2 g O2

答案：B

例5 (2019新課標卷Ⅲ)為提升電池循環效率和穩定性，科學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，設計了采用強堿性電解質的3D-Zn-NiOOH二次電池，結構如下圖所示.電池反應為下列說法錯誤的是( ).

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-通過隔膜從負極區移向正極區

答案：D

三、電解質溶液中粒子的運動及變化

電解質溶液中的粒子在電極參與放電后，由于得失一定數目的電子，必然導致電極區域粒子帶有的的電荷數發生變化，因此為了維持區域電中性原理，離子會有序的進行定向運動，也就可能涉及c(H+)或者c(OH-)的變化，導致溶液pH變化.

例6 關于下圖所示①、②兩個裝置的敘述，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．離子移動方向：①中H+向陰極方向移動，②中H+向負極方向移動

答案：B

A．檢測時，電解質溶液中的H+向負極移動

B．若有0.4 mol電子轉移，則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣

答案：C

拓展點撥電解質溶液參與電極的放電過程，會導致溶液中離子的濃度發生變化，但溶液中離子的定向運動需要時間，因此還應該具體的識別提問的方式.提問為放電時，即離子還未來得及運動，可用電極反應式解答問題；若提問放電一段時間后，離子運動結束，應使用電池總反應方程式解答問題.

四、電化學中的化學計算

電化學原理即是氧化還原反應，因此可以通過實驗現象中的定量關系，確定電路中電子的轉移情況，進而依據電子轉移守恒計算溶液中離子的變化(含pH的計算)，電極質量的變化，電極產生(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，電解質為KOH溶液.某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯后作為電源，進行飽和氯化鈉溶液的電解實驗，如圖所示.

若每個電池中甲烷的通入量為1 L(標準狀況)，且反應完全，則理論上最多能產生的氯氣體積為____L(標準狀況).

答案：4

易錯點撥題目中涉及兩個甲烷燃料電池，因此兩個電池均通入等量的甲烷，才能使整個電路中轉移的電子數相等，因此只需計算依次甲烷轉移的電子數而非將他們相加計算.

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

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

答案：C

關鍵點撥對于電池放電，由于電解質溶液(溶質或溶劑)參與了放電，因此會導致溶液的濃度發生變化，欲使溶液恢復到原溶液狀態，不僅要關注電極上哪些離子參與放電，更重要的是關注哪些離子沖溶液中脫離，脫離了什么補充什么，脫離了多少補充多少，即可恢復到原溶液狀態.

A．35.5∶108 B．16∶207 C．8∶1 D．108∶35.5

答案：C

誤區警示像這樣的試題，表面看起來即是電化學試題，結合陰陽兩個電極的放電順序，可知陰極Ag+放電，陽極Cl-放電，極易誤選D項，因此在電解質溶液中討論其它相關問題的計算或者概念問題時，均需首先考慮該溶液中的離子是否能大量共存，再進一步作其他分析.

電化學問題的分析借助于氧化還原反應原理的分析，可將實驗化學過程中微觀的得失電子、電解質溶液中離子的定向運動關系，包括膜的選擇等問題清晰的呈現.