基于高考試題談電化學(xué)電極方程式書(shū)寫(xiě)技巧

張麗珍

[摘? ?要]文章通過(guò)對(duì)高考電化學(xué)試題的分析，綜合電化學(xué)命題方向，總結(jié)電化學(xué)電極方程式的書(shū)寫(xiě)技巧，并結(jié)合高考實(shí)例進(jìn)行分析應(yīng)用，以提高學(xué)生對(duì)電化學(xué)題型的解題能力。

[關(guān)鍵詞]電化學(xué);電極方程式;書(shū)寫(xiě)技巧

[中圖分類號(hào)]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2021）20-0076-02

電化學(xué)特別是原電池的內(nèi)容在歷年高考試題中都占有重要地位。2020年高考全國(guó)Ⅰ卷、全國(guó)Ⅱ卷、全國(guó)Ⅲ卷的選擇題中，都出現(xiàn)了電化學(xué)試題。從題型上看都是給出電池的裝置和原理圖，讓考生分析電池的工作原理，選項(xiàng)設(shè)置主要考查考生對(duì)電池工作原理的理解程度，以及電極方程式的書(shū)寫(xiě)能力。

一、試題回顧

（2020·全國(guó)Ⅰ卷第12題）科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖1，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時(shí)，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問(wèn)題提供了一種新途徑。

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）。

A.放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為[Zn-2e-+4OH-]=[Zn（OH）2-4]

B.放電時(shí)，1 mol CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2 mol

C.充電時(shí)，電池總反應(yīng)為[2Zn（OH）2-4]=[2Zn+O2↑+4OH-+2H2O]

D.充電時(shí)，正極溶液中OH?濃度升高

題目以新型Zn?CO2水介質(zhì)電池為背景，給出了電池的裝置和原理圖。從原理圖中不難分析出，放電時(shí)，CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，C化合價(jià)從+4降低到+2，即CO2發(fā)生了還原反應(yīng)，因此放電時(shí)右側(cè)電極為正極，左側(cè)電極為負(fù)極，且Zn發(fā)生氧化反應(yīng)生成[Zn（OH）2-4];充電時(shí)，右側(cè)電極為陽(yáng)極，H2O發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2，左側(cè)電極為陰極，[Zn（OH）2-4]發(fā)生還原反應(yīng)生成Zn。因此放電時(shí)，負(fù)極上Zn發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為[Zn-2e-+4OH-]=[Zn（OH）2-4]，故A正確;放電時(shí)，CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，電極方程式為CO2+2e-+2H+=HCOOH，則1 mol CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2 mol，故B正確;充電時(shí)，陽(yáng)極上H2O轉(zhuǎn)化為O2，電極方程式為[2H2O-4e-]=[4H++O2↑]，陰極上[Zn（OH）2-4]轉(zhuǎn)化為Zn，電極方程式為[Zn（OH）2-4+2e-]=[Zn+4OH-]，電池總反應(yīng)為[2Zn（OH）2-4]=[2Zn+O2↑+4OH-+2H2O]，故C正確;充電時(shí)，正極即為陽(yáng)極，從電極反應(yīng)式[2H2O-4e-]=[4H++O2↑]中可以看出，溶液中H+濃度增大，而c（H+）·c（OH-）=KW，溫度不變時(shí)，KW不變，因此溶液中OH-濃度降低，故D錯(cuò)誤。答案選D。

二、考點(diǎn)分析

從試題考查方向上分析，電化學(xué)試題偏重于考查電池的工作原理和電極方程式的書(shū)寫(xiě)。涉及轉(zhuǎn)移電子數(shù)目的計(jì)算和離子濃度的變化判斷的題型，歸根結(jié)底還是考查電極方程式，只要考生能完成電極方程式的書(shū)寫(xiě)，自然就能解決此類問(wèn)題。在原電池和電解池的電極方程式書(shū)寫(xiě)上，原電池的電極方程式常常是考生的弱項(xiàng)，若能正確完成原電池的電極方程式，電解池的電極方程式只要逆向思考就可得到。因此，原電池電極方程式的書(shū)寫(xiě)極其重要。

三、原電池電極方程式的書(shū)寫(xiě)技巧

筆者綜合歷年高考電化學(xué)的命題方向，總結(jié)了書(shū)寫(xiě)原電池電極方程式的常用方法。第一，看清裝置是原電池還是電解池，一般地，有外接電源為電解池，沒(méi)有外接電源則為原電池。第二，區(qū)分原電池的正負(fù)極或電解池的陰陽(yáng)極。一般地，在原電池中，可通過(guò)三個(gè)方面來(lái)判斷正負(fù)極：1.電子流出或電流流入的一極為負(fù)極，電子流入或電流流出的一極為正極;2.電極自身失去電子或其他物質(zhì)在其上失去電子的為負(fù)極，電極自身得到電子或其他物質(zhì)在其上得到電子的為正極;3.化合價(jià)升高發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極，化合價(jià)降低發(fā)生還原反應(yīng)的為正極。在電解池中，可通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)判斷陰陽(yáng)極：1.與外加直流電源負(fù)極相連接的為陰極，與外加直流電源正極相連接的為陽(yáng)極;2.電子流出或電流流入的為陽(yáng)極，電子流入或電流流出的為陰極。第三，判斷電極所處的介質(zhì)環(huán)境。通常有四種介質(zhì)，分別為酸性溶液、堿性溶液、固體電解質(zhì)、熔融碳酸鹽。第四，看清反應(yīng)。一般電極反應(yīng)中，物質(zhì)放電后若所產(chǎn)生的微粒進(jìn)入介質(zhì)中能穩(wěn)定存在，則直接將該微粒寫(xiě)為產(chǎn)物;若所產(chǎn)生的微粒進(jìn)入介質(zhì)中與介質(zhì)中的粒子發(fā)生反應(yīng)，如結(jié)合產(chǎn)生沉淀、氣體或難電離的物質(zhì)等，則需把介質(zhì)中的粒子寫(xiě)入電極方程式中。

四、常用微粒的結(jié)合方式

在原電池電極方程式的書(shū)寫(xiě)過(guò)程中，常需要對(duì)微粒的存在形式進(jìn)行處理。基于此，筆者總結(jié)了O2-在常用介質(zhì)中的處理方法（如表1）。

五、高考試題實(shí)例講解

【例1】（2020·全國(guó)Ⅲ卷第12題）一種高性能的堿性硼化釩（VB2）—空氣電池如圖2所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：[VB2+16OH--11e-]=[VO3-4+2B（OH）-4+4H2O]。該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）。（選項(xiàng)略）

分析：裝置圖中沒(méi)有外接電源，此題考查的是原電池。根據(jù)圖示的電池結(jié)構(gòu)和題目信息，左側(cè)VB2電極發(fā)生反應(yīng)：[VB2+16OH--11e-]=[VO3-4+2B（OH）-4+4H2O]，可以看出VB2發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，VB2電極為電池的負(fù)極。那么復(fù)合碳電極為電池正極，同時(shí)此電池的介質(zhì)為KOH堿性電解溶液，因此正極空氣中的氧氣發(fā)生得電子反應(yīng)：O2+4e-=2O2-，O2-在堿性電解質(zhì)溶液中與水結(jié)合成OH-，反應(yīng)的電極方程式為O2+4e-+2H2O=4OH-，電池的總反應(yīng)方程式為4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8[B（OH）-4]+4[VO3-4]。

【例2】（2019·全國(guó)Ⅲ卷第13題）為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)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(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D?Zn—NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖3所示。電池反應(yīng)為Zn（s）+2NiOOH（s）+H2O（l）[放電充電] ZnO（s）+2Ni（OH）2（s）。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）。（選項(xiàng)略）

分析：此題為二次電池，根據(jù)題意可知介質(zhì)為強(qiáng)堿性電解質(zhì)，分析電池反應(yīng)Zn（s）+2NiOOH（s）+H2O（l） [放電充電]ZnO（s）+2Ni（OH）2（s），放電時(shí)為原電池， Zn化合價(jià)升高為電池負(fù)極，則NiOOH為電池正極。Zn失去電子轉(zhuǎn)化為Zn2+，Zn2+進(jìn)入電解質(zhì)溶液后與OH?結(jié)合，根據(jù)題意可知轉(zhuǎn)化為ZnO，原電池的負(fù)極方程式為Zn? 2e?+2OH?=ZnO + H2O。正極NiOOH轉(zhuǎn)化為Ni（OH）2，將NiOOH看作由Ni3+、O2-、OH?三種粒子組成，對(duì)比NiOOH與 Ni（OH）2發(fā)現(xiàn)除了要考慮Ni3+得電子，還需要考慮中間O2-在堿性電解質(zhì)溶液中與水結(jié)合成OH-，原電池的正極方程式為NiOOH+e-+H2O=Ni（OH）2+OH?。原電池的正極充電時(shí)是電解池的陽(yáng)極，陽(yáng)極是Ni（OH）2失去電子轉(zhuǎn)化為NiOOH，電極反應(yīng)式為Ni（OH）2（s）+OH? （aq）? e?=NiOOH（s）+H2O（l），陰極是ZnO中的Zn2+得電子轉(zhuǎn)化為Zn，O2-在堿性電解質(zhì)溶液中與水結(jié)合成OH-，電極反應(yīng)式為ZnO+2e?+H2O=Zn+2OH?。

綜上所述，電化學(xué)在歷年高考中占有重要比重，只有熟練掌握原電池電極方程式的書(shū)寫(xiě)技巧，才能更好地完成電解池的電極方程式的書(shū)寫(xiě)，更有助于學(xué)生深入理解電池的工作原理。通過(guò)對(duì)高考真題的分析以及練習(xí)，可以大大提高學(xué)生對(duì)電化學(xué)題型的解題能力。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 李杰.“五看法”書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2019（20）：60-61.

（責(zé)任編輯 羅 艷）