洪茲田 陳女婷
福建
氧化還原視角下的電化學(xué)高考試題解題技巧
洪茲田 陳女婷
原電池、電解池原理及其應(yīng)用涉及化學(xué)理論、元素化合物知識以及化工生產(chǎn)應(yīng)用,是高考必考的重點(diǎn)內(nèi)容,電極反應(yīng)式的書寫是電化學(xué)考查的重點(diǎn)和難點(diǎn)。縱觀近幾年全國卷高考試題,對原電池、電解池的考查從未間斷,其中應(yīng)用原電池、電解池的工作原理分析新型電池、電極方程式的書寫是高考熱點(diǎn)。如2014年全國Ⅰ非選擇題中的四室電滲析法制備次磷酸,全國Ⅱ選擇題中的水溶液鋰離子電池體系;2015年全國Ⅰ選擇題中的微生物電池;2016年全國Ⅰ選擇題中的三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水,全國Ⅱ選擇題中的Mg-AgCl電池,Ⅲ卷選擇題中的鋅-空氣燃料電池等。
1.氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系
氧化還原反應(yīng)的知識是電化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),電化學(xué)的應(yīng)用是對氧化還原反應(yīng)知識的升華。電極反應(yīng)實(shí)際上是氧化還原反應(yīng)的半反應(yīng)。將電化學(xué)和氧化還原反應(yīng)進(jìn)行聯(lián)系,把電極反應(yīng)式的書寫和缺項(xiàng)配平進(jìn)行綜合,電極反應(yīng)式的書寫就變成了氧化還原反應(yīng)的缺項(xiàng)配平。所以,電化學(xué)實(shí)際上是氧化還原反應(yīng)的另一種考查形式。
2.氧化還原視角統(tǒng)領(lǐng)下電化學(xué)反應(yīng)規(guī)律
項(xiàng)目原電池電解池電化學(xué)規(guī)律自發(fā)的氧化還原反應(yīng)非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)正極發(fā)生還原反應(yīng),負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)陰極發(fā)生還原反應(yīng),陽極發(fā)生氧化反應(yīng)陰離子向負(fù)極移動(dòng),陽離子向正極移動(dòng)陰離子向陽極移動(dòng),陽離子向陰極移動(dòng)氧化還原反應(yīng)規(guī)定化合價(jià)升高、失去電子、發(fā)生氧化反應(yīng)的是還原劑,還原劑被氧化為氧化產(chǎn)物;化合價(jià)降低、得到電子、發(fā)生還原反應(yīng)的是氧化劑,氧化劑被還原為還原產(chǎn)物物理學(xué)規(guī)定電子流入的電極稱為正極,電子流出的電極為負(fù)極電化學(xué)規(guī)定發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為陰極,發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱為陽極
續(xù)表
1.原電池的思維模型
原電池通常由五部分組成:負(fù)極材料、正極材料、還原劑、氧化劑、電解質(zhì)。負(fù)極材料與正極材料的主要作用是導(dǎo)電,電解質(zhì)溶液傳遞離子形成電流回路,還原劑在負(fù)極上失去電子,氧化劑則在正極上得到電子。生產(chǎn)和生活中各種新型化學(xué)電源(包括各種燃料電池),雖然反應(yīng)原理比較復(fù)雜,但還是遵循原電池的基本原理。即利用“兩極”“兩移動(dòng)”“兩反應(yīng)”進(jìn)行分析,思維模型如圖所示。
例題1(2016全國Ⅱ,11)Mg-AgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯(cuò)誤的是
( )
C.電池放電時(shí)Cl-由正極向負(fù)極遷移
答案:B
2.電解池的思維模型
電解池通常由六部分組成:電源、陰極材料、陽極材料、還原劑、氧化劑、電解質(zhì)。陽極材料與陰極材料的主要作用是導(dǎo)電,電解時(shí)電子由電源負(fù)極流向陰極,由陽極流向電源正極,電解質(zhì)溶液中離子的定向移動(dòng)形成電流。還原劑在陽極上失去電子,氧化劑則在陰極上得到電子。以此模型去分析生產(chǎn)和生活中的新型電解池,思維模型如圖所示。
( )
B.該法在處理含Na2SO4廢水時(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品
D.當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時(shí),會(huì)有0.5 mol的O2生成
答案:B
3.二次電源的思維模型
二次電池放電時(shí)發(fā)生原電池反應(yīng),充電時(shí)發(fā)生電解池反應(yīng)。放電時(shí)負(fù)極失去電子,而充電時(shí)充電電池的負(fù)極需要重新得到電子,必須作電解池的陰極,應(yīng)與電源的負(fù)極相連。正極放電時(shí)得到電子,而充電時(shí)則失去電子做陽極,思維模型如圖所示。
( )
A.充電時(shí),電解質(zhì)溶液中K+向陽極移動(dòng)
B.充電時(shí),電解質(zhì)溶液中c(OH-)逐漸減小
D.放電時(shí),電路中通過2 mol電子,消耗氧氣22.4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)
答案:C
電化學(xué)反應(yīng)中考查電極反應(yīng)式的具體書寫,所涉及的往往是新型電池。結(jié)合氧化還原反應(yīng)原理進(jìn)行分析,建立如下思維步驟:
1.根據(jù)題給信息判斷電池類型(原電池或電解池);
2.根據(jù)總反應(yīng)或者題給信息,找出氧化劑、還原劑以及對應(yīng)的產(chǎn)物;
4.利用化合價(jià)升降相等推出正確的轉(zhuǎn)移電子數(shù);
5.反應(yīng)式兩端添加電解質(zhì)中存在的離子,使反應(yīng)式電荷守恒;
6.利用元素守恒寫出完整的電極反應(yīng)式。
若是多池組合,可采用“拆解法”分段進(jìn)行分析。
例題4利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO2,并用陰極排出的溶液吸收NO2。(1)a為電源的________(填“正極”或“負(fù)極”);(2)陽極的電極反應(yīng)式為____________,陰極的電極反應(yīng)式為____________。
答案:(1)正極
福建省廈門市翔安第一中學(xué))
趣味化學(xué)
“寶刀”的秘密
我國古代很講究使用鋼刀,優(yōu)質(zhì)鋒利的鋼刀稱為“寶刀”。戰(zhàn)國時(shí)期,相傳越國就有人制造“干將” “莫邪”等寶刀寶劍,那真是鋒利無比,“削鐵如泥”,頭發(fā)放在刀刃上,吹口氣就會(huì)斷成兩截。當(dāng)然,傳說難免有點(diǎn)夸張,但是“寶刀” 銳利卻是事實(shí)。過去只有少數(shù)工匠掌握生產(chǎn)這類“寶刀”的技術(shù)?,F(xiàn)在我們通過科學(xué)研究知道,制造這類“寶刀”的主要秘密就是其中含有鎢、鉬一類的元素。
事實(shí)上,往鋼里加進(jìn)鎢和鉬,哪怕只要很少的一點(diǎn)點(diǎn),比如百分之幾甚至千分之幾,就會(huì)對鋼的性質(zhì)產(chǎn)生重大的影響。這個(gè)事實(shí)直到十九世紀(jì)中葉才被人們所認(rèn)識,接著大大地促進(jìn)了鎢、鉬工業(yè)的發(fā)展。有計(jì)劃地往普通鋼里加進(jìn)一種或幾種像鎢、鉬一類的元素——合金元素,就能制造出各種性能優(yōu)異的特殊鋼材——合金鋼。
燒不壞的手帕
一次晚會(huì)上,小紅同學(xué)表演節(jié)目,她拿了一塊既新又漂亮的花手帕,在一個(gè)盛著水的玻璃杯中浸了浸,取出之后擠了擠水,然后用鐵鉗夾住手帕一角,放到酒精上點(diǎn)燃。霎時(shí)間,全場燈光都熄滅了。只有點(diǎn)燃的火,在臺上燃燒著。不一會(huì)兒火漸漸地滅了,臺下的觀眾都在為這個(gè)漂亮的花手帕白白地被燒掉而感到可惜。它一定化為灰燼了。突然,場燈大亮,這個(gè)花手帕竟然完整無損。這是什么原因呢?觀眾們也許能猜著吧!
問題很簡單。原來,玻璃杯中盛的是兩份酒精和一份水的混合液,酒精的燃點(diǎn)很低,它很快地燃燒了,而且酒精的沸點(diǎn)只有78℃,水的沸點(diǎn)是100℃,所以,酒精很容易從手帕中揮發(fā)出來燃燒掉,一部分水仍然留在手帕上,保護(hù)著手帕。另外,在酒精燃燒的過程中,有一部分水變成蒸氣揮發(fā)了,帶走了手帕上的一部分熱量,從而降低了手帕的溫度,使其達(dá)不到燃點(diǎn)。以上的兩個(gè)因素保護(hù)了手帕的安全。
(轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò),有刪改)