高考中的“寵兒題材”

吳健

化學(xué)反應(yīng)中的能量變化是中學(xué)化學(xué)教材體系的另一條主線，其中之一的化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化是日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系最廣的一種，因此新型電池成為高考題材中的“寵兒”，以新型電池為載體考查了學(xué)生對電化學(xué)原理及其應(yīng)用的掌握程度。由于題材新、陌生度高，綜合性強，有些學(xué)生的知識容量有限，難以識別和理解，有一定的難度和區(qū)分度。本文舉例說明僅就以新型電池來考查原電池工作原理的考查形式。

例1一種微生物燃料電池如圖1所示，下列關(guān)于該電池的說法正確的是（）。

A.a電極發(fā)生還原反應(yīng)

B.H+由右室通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入左室

C.b電極反應(yīng)式為2NO-3+10e-+12H+N2↑+6H2O

D.電池工作時，電流由a電極沿導(dǎo)線流向b電極

圖1解析本題以微生物燃料新型電池考查原電池工作原理，考查了正負(fù)極的判斷、兩極上反應(yīng)類型、電池內(nèi)電路（電解質(zhì)溶液中）陰陽離子的移動方向、外電路電流的方向和電極方程式的書寫。正負(fù)極判斷依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，化合價升高，失去電子的一極是負(fù)極，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。由b電極上由NO-3變成N2，N元素的化合價降低，可判斷b電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，推出a電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故A錯誤；電池內(nèi)電路電解質(zhì)溶液中陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動，B選項中H+應(yīng)從左室通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入右室，故B錯誤；C選項考查了電極方程式的書寫，b電極為正極，得電子，又符合酸性介質(zhì)，b電極的電極反應(yīng)式為：2NO-3+10e-+12H+N2↑+6H2O，故C正確；電池外電路電子的流向是由負(fù)極通過導(dǎo)線流向正極，電流方向正好相反，故D錯誤。

答案：C

圖2例2某電化學(xué)氣敏傳感器的工作原理如圖2所示，下列說法正確的是（）。

A.b極為負(fù)極

B.a極的電極反應(yīng)式為2NH3+3O2--6e-N2+3H2O

C.反應(yīng)消耗的NH3與O2的物質(zhì)的量之比為4∶5

D.該傳感器在工作過程中KOH的物質(zhì)的量不變

解析本題以電化學(xué)氣敏傳感器的工作原理為載體進(jìn)行考查。A選項考查電極判斷，b電極通入的O2是氧化劑，反應(yīng)中是得到電子，b極為正極，故A錯誤；圖中以KOH溶液作電解質(zhì)溶液，不可能存在O2-，沒有考慮到離子的存在形式，故B選項錯誤； C選項考查了反應(yīng)物之間的物質(zhì)的量比，只是寫出電池總反應(yīng)方程式就可判斷，電池總反應(yīng)方程式為：

4NH3+3O22N2↑+6H2O

則NH3與O2的物質(zhì)的量之比為4∶3，故C選項錯誤。從總反應(yīng)方程式中來看沒有消耗KOH，產(chǎn)物是N2和H2O，故KOH的物質(zhì)的量不變，但需注意的是KOH的物質(zhì)的量濃度是因為有水生成而降低的。故選D。

答案：D

例3現(xiàn)在污水治理越來越引起人們重視，可以通過膜電池除去廢水中的乙酸鈉和對氯苯酚ClOH，其原理如圖3所示，下列說法正確的是（ ）。

圖3A.電流方向從B極沿導(dǎo)線經(jīng)小燈泡流向A極

B.A極的電極反應(yīng)式為：

ClOH+e-

Cl-+OH

C.當(dāng)外電路中有0.2 mol e-轉(zhuǎn)移時，通過質(zhì)子交換膜

的H+的個數(shù)為0.2NA

D.B極為電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)

解析本題中的新型電池以現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)中除去含乙酸鈉和對氯苯酚污水處理，并以有機(jī)污染物為原料設(shè)計的新型電池，學(xué)生對共價鍵理解不深，有機(jī)物中元素的化合價判斷是學(xué)生的一個難點，其實，只要采用整體法，依據(jù)中性微粒的化合價代數(shù)和為零的原則，常見元素的化合價以常規(guī)來處理，計算出碳元素的化合價，不管碳元素的真實化合價是多少，可用分?jǐn)?shù)表示，根據(jù)碳元素化合價的變化來判斷正負(fù)極及電極方程式的書寫。 如A極中對氯苯酚的分子式C6H5OCl中碳元素的化合價可計算為-1/3，苯酚中碳元素的化合價 計算為-2/3，則A極中碳元素化合價降低，得電子，故A極為正極，同理B極CH3COO-中碳元素化合價為0價，HCO-3中碳元素化合價為+4價，則B極中碳元素化合價升高，失電子，B極為負(fù)極。 可寫出電極方程式：

A極：正極2ClOH+2e-

2Cl-+

2OH

B極：負(fù)極CH3COO--8e-+4H2OHCO-3+H2CO3+8H+

A選項考查的外電路電流方向是正極通過導(dǎo)線流向負(fù)極，故A選項錯誤；B選項轉(zhuǎn)移2e-，錯誤；一個電子與一個H+都帶一個單位電荷，所以C選項當(dāng)外電路通過0.2mol e-時，內(nèi)電路中有0.2 mol H+通過質(zhì)子交換膜，C選項正確。D選項B極為電池的負(fù)極，錯誤。

答案：C。

例4H2S廢氣資源化利用途徑之一是回收能量并得到單質(zhì)硫。反應(yīng)原理為：

2H2S（g）+O2（g）S2（s）+2H2O（l）

ΔH=-632 kJ·moL-1

圖4為質(zhì)子膜H2S燃料電池的示意圖。下列說法正確的是（ ）。

圖4A. 電極a為電池的正極

B. 電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-4OH-

C. 電路中每流過4 mol電子，電池內(nèi)部釋放632 kJ熱能

D. 每34 g H2S參與反應(yīng)，有2 mol H+經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)

解析本題結(jié)合H2S廢氣資源化利用和化學(xué)反應(yīng)與熱能的變化設(shè)計的新型電池，結(jié)合電池總反應(yīng)方程式，圖中電極b通入的O2是氧化劑，得電子，電極b是正極，電極a通入的H2S是還原劑，電極a是負(fù)極，選項A錯誤。選項B的電極方程式是在堿性條件下，而題中給出的是質(zhì)子交通膜，B選擇項錯誤。選項C對原電池的概念不清，原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，所以電路中每流過4 mol電子，有632 kJ的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故選項C錯誤。選項D中34 g的H2S剛好是1 mol，1 mol H2S的硫從-2價升高到0價，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2 mol，所以電池的內(nèi)電路電解質(zhì)溶液中有2 mol H+經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)，所以選項D正確。

答案：D。

這種題型雖然題材新，來源廣范，時代性強，備受命題者青睞，看上去起點高，實質(zhì)上落點低，仍然考查的是中學(xué)所學(xué)的原電池的基礎(chǔ)知識和基本工作原理，只要掌握了相關(guān)知識和原理，問題就可迎刃而解。

（收稿日期：2016-07-15）