电化学专题复习与探究

华体体育（中国）股份有限公司化学组   农能干

 

内容摘要：电化学知识在高中教材中占有十分重要的地位。人教版教材中，电化学分布在高二第四章第四节（原电池原理及其应用）、高三第四单元（共3节内容）。通过解读新旧大纲，电化学教学和高考中的要求难度没有丝毫降低。历年全国各省市的高考题都必有一题是电化学的相关题目。

关键词：电化学  电解池   原电池   大纲  

 

 

在新课程改革的背景下，电化学内容因为与人类的生产生活密切相关，所以应用广泛。既可与溶液相关知识综合，可与元素化合物内容综合。我们在进行电化学复习时可按基础知识、相关综合内容分类、精选例题习题三个环节进行。如此复习可改变只重知识不重过程，只重演练不重能力培养的复习模式，真正在解题中抓住切入口和关键，改变思维定势和只会欣赏不会做的现象。

这几年广西理综高考题中均有涉及电化学内容，以选择题和填空题的形式考查，常常结合化学平衡、元素化合物、电解质、氧化还原反应等部分的知识来考查。故此，电化学在高考中占据着很大的比重和十分重要的地位。在能力考查上独有新意，可见搞好电化学专题复习是很重要的，同时也是培养学生解题能力的有效途径之一。

一、           重视基础，形成知识规律

复习中，一定要让学生先学会分析什么是原电池，什么是电解池。然后再根据两个池的差异找出两个电极，写出相应的电极方程式，熟悉以后就可以根据转移电子进行有关的计算了。

1、原电池、电解池、电镀池判定规律

若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”。先看电极：两极为导体且活泼性不同；再看溶液：两极插入电解质溶液中；后看回路：形成闭合回路或两极接触。

若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其余情况为电解池。

如复习这个知识点的时候可以叫学生把课本上的Cu-Zn(稀硫酸)原电池、电解食盐水的电解池、粗铜精炼的电镀池三个模型图详细分析透，把各池中的阴阳离子的移动方向、金属导线中电子的移动方向、各个电极上发生的反应（牢记阴阳离子的放电顺序）搞清楚再去做题，效果会更加好。

2、酸、碱、盐溶液电解规律（惰性电极）

 

类型	电极反应特点	实例	电解对象	电解质浓度	pH	电解质溶液复原
电解水型	阴：2H+ + 2e- == H2↑ 阳：2OH- - 4e- == 2H2O + O2↑	NaOH	水	增大	增大	水
		H2SO4	水	增大	减小	水
		Na2SO4	水	增大	不变	水
分解电解质型	电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电	HCl	电解质	减小	增大	氯化氢
		CuCl2	电解质	减小		氯化铜
放H2生碱型	阴极：H2O放H2生碱 阳极：电解质阴离子放电	NaCl	电解质和水	生成新电解质	增大	氯化氢
放O2生酸型	阴极：电解质阳离子放电 阳极：H2O放O2生酸	CuSO4	电解质和水	生成新电解质	减小	氧化铜

3、电解有关计算的方法规律

有关电解的计算通常是求电解后某产物质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。解答此类题的方法有两种：一是根据电解方程式或电极反应式列比例式求解；二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒等式求解。以电子守恒较为简便，注意运用。

4、电化学基础知识的应用

（1）    析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁为例）：

 

不纯金属

水膜

A． 溶有O2，溶液呈弱酸性或中性——吸氧腐蚀 负极（Fe）：Fe – 2e- == Fe2+ 正极（C）：2H2O + O2 + 4e- == 4OH- B． 溶有CO2，溶液呈较强酸性——析氢腐蚀 负极（Fe）：Fe – 2e- == Fe2+ 正极（C）：2H+ + 2e- == H2↑

吸附

形成微电池

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（2）    金属的防护，主要有下面几种情况：

    改变金属的内部结构，例如把Ni、Cr等加入普通钢里制成不锈钢；覆盖保护层，例如涂油层、油漆、搪瓷、熟料等，另外还有电镀耐腐蚀的金属（Zn、Sn、Cr、Ni等）；电化学保护法，多采用牺牲阳极保护法，如在船只的螺旋桨附近的船体上镶嵌活泼金属锌块，另外可采用与电源负极相连接的保护方法，例如大型水坝船闸的保护就是让铁闸门和电源负极相连。

（3）    电解原理的应用

    氯碱工业（电解饱和食盐水）：2NaCl + 2H₂O ==(电解) 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑；活泼金属Na、Mg、Al的制取，例如，电解熔融的NaOH制金属Na，4NaOH ==(电解) 4Na +2H₂O + O₂↑（其中Na为阴极区产物而 H₂O和 O₂则为阳极区产物）；金属的精炼，例如铜的精炼，以粗铜为阳极，精铜为阴极，含铜离子的溶液作电解质溶液；电镀,待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液，阳极反应：M – ne^- == Mⁿ⁺（进入溶液），阴极反应Mⁿ⁺ + ne^- == M（在镀件上沉积）。

二、           熟悉常见例题，掌握做题技巧

作为高三复习，做必要量的题目是绝不可少的，但是教师需要给学生整理归类出常见的题型、典型例题和近几年的高考题，让学生复习能达到事半功倍的效果。研究这几年各省市的高考题，发现电化学考查的形式有：

（1）以最新的电池特别是燃料电池为背景考查原电池的相关知识；

（2）以电解原理的最新应用为背景考查电解池的相关知识；

（3）考查金属的防腐、电解精炼、电镀、电解饱和食盐水、电解冶炼金属等。着重考查电极反应的书写、电极的判断及反应类型的判断、电子的转移方向和数目计算、离子的转移方向和电解质溶液的PH的变化、反应现象等。

解决此类题目的一般方法和步骤：

（1）判断装置类型。是电解池还是原电池，必须判断清楚。

（2）确定电极类型（正负极或是阴阳极）；确定电解质溶液中的阴阳离子的移动方向。值得一提的是，若为电解池则需先看阳极材料，若为金属材料（除Pt/Au外），则电极本身失电子被氧化。

直流电源

a

b

c

d

（3）按放电顺序的强弱顺序写出电极反应及总反应方程式，解答相关问题。

 

 

 

【例1】右图是电解CuCl₂溶液的装置，其中c、d为石墨

电极。则下列有关判断正确的是   （    ）

A． a为负极，b为正极

B． a为阳极，b为阴极

C． 电解过程中，d电极质量增加

D． 电解过程中，氯离子浓度不变

【解析】据电流方向判断a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。

电解CuCl₂溶液电极反应式为：阳极（c电极）2Cl^- - 2e^- == Cl₂↑,

阴极（d电极）Cu²⁺ + 2e^- == Cu ,故C正确。

【例2】将Mg片、Al片用导线连接，平行插入盛有NaOH溶液的烧杯中，形成原电池，写出电池工作时的电极反应及总反应。

【解析】原电池工作时，负极→失电子→发生氧化反应，正极→得电子→发生还原反应，即还原剂→作负极，氧化剂→作正极。Mg不与NaOH溶液反应，Al与NaOH溶液反应生成NaAlO₂，即Al失电子，发生氧化反应，生成的Al³⁺与OH^-溶液反应生成AlO₂^-，所以Al作负极，Mg作正极，电极反应为：

负  极：2Al + 8OH^- - 6e^- == 2AlO₂^- + 4H₂O

正  极：6H⁺ + 6e^- == 3H₂↑

负极反应 + 正极反应 == 总反应

总反应：2Al + 2OH^-+ 2H₂O == 2AlO₂^- + 3H₂↑

【例3】熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐混合物作为电解质，CO为阳极燃气，空气和CO2的混合气体为阴极助燃气，制得650⁰C以下工作的燃料电池，完成下列反应：

阴  极：                                         

阳  极：2CO + 2CO₃^2- - 4e^- == 4CO₂

总反应：                                         

【解析】熔融盐作电解质和其他电解质一样作导电介质，此处阳极发生了氧化反应，即我们所讲的负极，故阴极相当于所讲的正极，正极桑O₂得电子，配电荷守恒只能用CO₃^2-,所以阴极：O₂ + 2CO₂ + 4e- == 2CO₃^2-     总反应：2CO + O₂ == 2CO₂

【例4】图中A是一种无色液体，G是极易溶于水的碱性气体，Y是胃酸的主要成分，K是不溶于稀硝酸的白色沉淀，发应⑤是工业制X的主要反应之一。

A

C

D

E

F

B

G

A

H

I

A

J

X

K

电解

①

②

③

④

X

⑤

⑥

Y

⑦

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

试填空：（1）写出下列物质的化学式A        ，E        ，F        ，Y       。

（2）反应⑤的化学方程式为                                      。

（3）1molB通过②得到1molF，B中F的质量分数为72%，则B的化学式为        。

【分析】该题涉及电解、合成氨工业、AgN₃的推断和性质、元素及化合物中氮族元素内容等，综合性强，难度较大，是一道立意较好的推理能力题。该题切入点是G、Y两种物质性质和⑤的工业生产反应，G是极易溶于水的碱性气体应是NH₃，反应⑤是工业制X的主要反应之一，则X为HNO₃，反应⑤为4NH₃ + 5O₂ ===(催化剂) 4NO + 6H₂O,则C为O₂，A为H₂O，J为NO，Y是胃酸主要成分应是盐酸，K为不溶于稀HNO₃的白色沉淀，则K为AgCl，I为AgNO₃ ，H为NO₂，E为N₂，B为Ag_xN_y（x、y为正整数），由108x/(108x+14y)*100%=72%，可得x/y=1/3，故B的化学式为AgN₃。

本题答案：（1）A．H₂O，E．N₂，F．Ag，Y．HCl。

（2）4NH₃ + 5O₂ ===(催化剂) 4NO + 6H₂O

（3）AgN₃

三、举一反三，拿下易混、易错题目。

有的题目陷阱很隐蔽，很容易上当。学生犯错时毫不知觉，还理直气壮的。对于这些题目，我们要将其清点出来，反复咀嚼，烂熟于心，时刻提醒自己。保证以后不再犯糊涂。下面将清理的部分内容呈现出来，以供大家参考。

 1.不活泼电极可能作负极                                Mg          Al

(1)镁、铝作电极与NaOH溶液构成的原电池 。

Zn

C2

Cu

C1

A

B

CuSO4溶液

NaCl酚酞溶液

负  极：2Al - 6e^— + 8OH^— = 2AlO₂^— + 4H₂O  

 

 

 

正  极：6 H₂O + 6e^— = 3H₂↑ + 6OH^—                           NaOH溶液

总反应：2Al + 2OH^— + 2 H₂O  = 2AlO₂^— + 3H₂↑

(2) 常温下，Cu、Fe作电极与浓硝酸构成的原电池（铁在浓硝酸中钝化）

 

 Cu          Fe

负  极：Cu-2e^- = Cu²⁺   

正  极：NO₃^-+e^-+2H⁺=NO₂ ↑+H₂O                                 浓HNO₃

总反应：Cu+4H⁺+2NO₃^-= Cu²⁺ +2NO₂↑+2H₂O                   

从上两例中我们可以看出原电池电极的确定还与电解质溶液有关，由于电解质溶液的不同可能使电极性质也不同。如上述装置改用酸性稀溶液做介质，则活性强的镁、铝分别做负极。

2.不能反应的两物质可以通过电解来实现。

一般认为反应Cu/H₂SO₄、Ag/HCl不反应。 但在电解池中可以进行。以Cu/Ag作阳极，其它电极作阴极电解稀硫酸\稀盐酸溶液。其电极反应为阳极：

Cu - 2e^- = Cu²⁺ 或（Ag-e^-=Ag⁺）  阴极：2H⁺ + 2e^- = H₂ ↑

   值得一提的是，随着电解的进行 C(H⁺) 逐渐减小,C(Cu²⁺)或Ag⁺逐渐增大，电解的后阶段变为电镀。电极反应变为：

阳极：Cu - 2e^- = Cu²⁺ （或Ag-e^-=Ag⁺）   阴极：Cu²⁺ + 2e^- = Cu （或Ag⁺+e^-=Ag）

3.燃料电池（或固体燃料电池）牢固掌握书本上的氢氧燃料电池（浓KOH溶液做电解质溶液）的模型，弄清工作原理，在写电极方程式的时候一定要考虑电解质溶液的酸碱性。其他的燃料电池便可以此类推了。

四、学会总结和反思

通过以上实例分析，对电化学专题知识要把握以下内容：电极材料和电化学反应：判断电极是活性还是惰性，判断是电解还是原电池反应；电解质：判断熔融还是水溶液状态；书写：电池充电、放电时的反应，各类电池反应（如燃料电池）；中学涉及的电化学归类（如NaCl），电镀、电解精炼，析氢腐蚀、吸氧腐蚀反应类型，电解H₂SO₄、NaOH、Na₂SO₄、AgNO₃、CuCl₂、盐酸、CuSO₄、AgNO₃等水溶液。在教学过程中必要时可使用多媒体手段，比如像氯碱工业的工业流程；原电池、电解池、电镀池的对比等，这样可以使知识变得更生动有趣，加深学生的理解和记忆。

总之，在整个电化学教学过程中应重视学科双基的回归，认真抓好主干知识和核心内容的复习，分清主次，形成知识网络。在教学过程中要注重思维能力的培养，善于总结各种方法和技巧，控制难度，加强规范化教学和训练，这样学生学习起来也会慢慢的得心应手起来。