如何進(jìn)行電化學(xué)的復(fù)習(xí)

許銀星

【摘 要】文章從原電池和電解池裝置的判斷方法、電化學(xué)裝置中電極反應(yīng)以及總反應(yīng)書寫的技巧、電化學(xué)裝置中離子移動(dòng)方向問題、相關(guān)的計(jì)算問題等方面探討了如何進(jìn)行電化學(xué)的復(fù)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】電化學(xué) 復(fù)習(xí) 裝置類型判斷 電極反應(yīng) 計(jì)算

電化學(xué)知識(shí)在高考中占有比較重要的地位，多次出現(xiàn)在選擇題中，還有幾年單獨(dú)作為一道大題出現(xiàn)。很多學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容掌握得不好，失分嚴(yán)重。失分的原因主要有這幾個(gè)方面：裝置類型判斷錯(cuò)誤；電極名稱判斷錯(cuò)誤；裝置的電極反應(yīng)及總反應(yīng)書寫錯(cuò)誤；離子移動(dòng)方向判斷錯(cuò)誤；相關(guān)計(jì)算的錯(cuò)誤。對(duì)此，教師在復(fù)習(xí)中可采用既綜合又分類的方法，逐一解決上述問題。

一、裝置類型判斷

判斷一個(gè)裝置是電解池還是原電池，最基本的方法就是：有電源的是電解池，無電源的是原電池。而這部分較難的是兩種裝置混合后的判斷。如下題。

如上圖所示的裝置中，當(dāng)線路接通時(shí)，發(fā)現(xiàn)M（用石蕊試液浸潤過的濾紙）a端顯藍(lán)色，b端顯紅色，且知甲中電極材料是鋅、銀，乙中電極材料是鉑、銅，且乙中兩電極不發(fā)生變化。回答：甲、乙分別是什么裝置？

分析：該題的解題要點(diǎn)在于，因?yàn)闊o外接的電源，所以該裝置應(yīng)是自帶電源的電解裝置。那究竟是哪一個(gè)裝置作為電源？根據(jù)所學(xué)知識(shí)，原電池反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，而電解池不能自發(fā)進(jìn)行。濾紙部分兩邊同時(shí)出現(xiàn)酸堿性，此現(xiàn)象只有電解池可以做到，所以應(yīng)考慮甲、乙兩池中有一個(gè)作為原電池。甲裝置中的鋅可與CuSO4溶液反應(yīng)，而乙裝置的鉑、銅都不能與稀H2SO4反應(yīng)，所以甲應(yīng)該屬于原電池裝置，乙為電解池裝置。

二、電極名稱判斷

要熟悉原電池和電解池反應(yīng)，就要牢記“原電池中正級(jí)得電子，負(fù)極失電子”，電解池中“陰級(jí)得電子，陽極失電子”以及得失電子后引起的化合價(jià)變化。也可將兩者結(jié)合記憶。因?yàn)樵姵氐恼龢O連接的是電解池的陽極，負(fù)極連接的是電解池的陰極，相互連接的電級(jí)得失電子情況剛好相反。除此之外，熟記一些一般規(guī)律。例如，有金屬單質(zhì)參與反應(yīng)的原電池，金屬單質(zhì)一定是負(fù)極；電極質(zhì)量減小，應(yīng)為原電池的負(fù)極或電解池的陽極；電極質(zhì)量增加，應(yīng)為原電池的負(fù)極或電解池的陰極；原電池中有氣體生成的為正極；電解池中能使酚酞變紅的應(yīng)為陰極，能使石蕊變紅的為陽極等。

三、電極反應(yīng)及總反應(yīng)的書寫問題

這是電化學(xué)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。在能正確判斷出裝置類型后，如何讓學(xué)生準(zhǔn)確寫出這些反應(yīng)就顯得非常重要。很多基礎(chǔ)較好的學(xué)生容易把兩種裝置的反應(yīng)相互混淆。為了解決這一問題，首先應(yīng)讓學(xué)生樹立自發(fā)進(jìn)行和非自發(fā)進(jìn)行的觀念。

電解池是有外加的電源，不能自發(fā)進(jìn)行，所以嚴(yán)格按照如下規(guī)律反應(yīng)：

陽極：金屬電極﹥S2-﹥I-﹥Br-﹥Cl-﹥OH-，陰極：Ag+﹥Fe3+﹥Hg2+﹥Cu2+﹥H+

因?yàn)槿芤褐幸话阌兴ㄈ廴跔顟B(tài)除外），因此排在OH-和H+后面的離子可以忽略不計(jì)。在書寫電極反應(yīng)時(shí)，除了金屬電極失去電子生成金屬離子，F(xiàn)e3+得到電子生成 Fe2+外，其他電極反應(yīng)都生成單質(zhì)。這樣記憶能準(zhǔn)確寫出電極反應(yīng)，同時(shí)還能順便記住得失電子情況。而其總反應(yīng)的書寫，只需要去看是只有電解質(zhì)溶液反應(yīng)，或者是電解質(zhì)與水共同反應(yīng)，或者僅有水參與反應(yīng)即可。可以讓學(xué)生分別對(duì)比CuCl2、CuSO4和K2SO4的電極反應(yīng)及總反應(yīng)情況。

原電池的電極反應(yīng)書寫則較為復(fù)雜，首先判斷原電池的反應(yīng)類型，然后再逐步寫出電極反應(yīng)或總反應(yīng)。

原電池是能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，在進(jìn)行反應(yīng)時(shí)一般有如下三種類型。

1.負(fù)極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)（如：鋅、銅與稀鹽酸的原電池，鋼鐵的析氫腐蝕等）。有鹽橋的反應(yīng)一般也是該類型的原電池，可以根據(jù)哪種金屬可以與其中的電解質(zhì)溶液反應(yīng)很快確定總反應(yīng)和正負(fù)兩級(jí)。

2.負(fù)極與空氣中的氧氣反應(yīng)（如：鋼鐵的吸氧腐蝕等，同時(shí)對(duì)比析氫腐蝕，分析兩類反應(yīng)的先后順序）。

3.燃料電池：兩級(jí)的氣體或材料一起反應(yīng)（如：氫氧燃料電池、鉛蓄電池等）。

當(dāng)學(xué)生通過上述方法準(zhǔn)確了解了原電池的反應(yīng)原理之后，根據(jù)以下規(guī)律即可快速寫出原電池的總反應(yīng)和電極反應(yīng)。

1.對(duì)于大多數(shù)的原電池，可以先寫出總反應(yīng)及負(fù)極反應(yīng)。因?yàn)樵姵貫樽园l(fā)進(jìn)行的裝置，所以裝置中所發(fā)生的總反應(yīng)與我們?cè)谠丶捌浠衔锊糠炙鶎W(xué)習(xí)的反應(yīng)是一樣的。而負(fù)極一般是金屬失去電子變成金屬離子，這時(shí)要通過我們所知的該反應(yīng)的離子方程式來明確離子最后以什么形式存在，然后在方程式的兩邊分別補(bǔ)上H+、OH-或H2O。如Al-Mg-NaOH的原電池，我們知道Al為負(fù)極，而總反應(yīng)是我們學(xué)習(xí)過的，即2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，因此負(fù)極可以初步認(rèn)為是Al-3e=Al3+，但是這并不是Al元素最終存在的形式，它最終以AlO2-的形式存在于溶液中。所以我們可以根據(jù)題目條件在電極反應(yīng)式的左邊補(bǔ)上OH-，右邊補(bǔ)上H2O，得到正確的電極反應(yīng)Al-3e+4OH-=AlO2-+2H2O。對(duì)于燃料電池，這個(gè)方法一樣適用，如鋅錳干電池總反應(yīng)為：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO（OH）+Zn（OH）2，按照剛才的方法，很容易得出負(fù)極反應(yīng)式為：Zn+2OH-2e-=Zn（OH）2。寫出總反應(yīng)與負(fù)極反應(yīng)后，用總反應(yīng)減負(fù)極反應(yīng)即可得正極反應(yīng)式。

2.對(duì)于有氧氣參與的電化學(xué)腐蝕或燃料電池，我們都可以優(yōu)先寫出作為正極的氧氣所發(fā)生的反應(yīng)。氧氣在不同條件下所發(fā)生的電極反應(yīng)分別為：堿性條件：O2+2H2O+4e-=4OH-；酸性條件：O2+4H++4e-=2H2O；固體介質(zhì)中：O2+4e-=2O2-。因?yàn)槿剂想姵氐目偡磻?yīng)就是物質(zhì)的燃燒（若在堿性條件下有CO2生成，則需加上OH-后將CO2變成CO32-）。如甲烷的燃料電池，酸性條件下的總反應(yīng)為：CH4+2O2=CO2+2H2O，堿性條件下：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，用總反應(yīng)減去有O2參與的正極反應(yīng)，很快就可得負(fù)極反應(yīng)。

3.對(duì)于由離子反應(yīng)組成的原電池，可以根據(jù)得失電子的規(guī)律得出正負(fù)極反應(yīng)。如2Fe3++2I-=2Fe2++I2的原電池反應(yīng)，由于Fe3+得電子變成Fe2+，因此這個(gè)原電池的正極反應(yīng)為2Fe3++2e=2Fe2+；I-失去電子變成I2，因此負(fù)極反應(yīng)為2I--2e=I2。

四、離子移動(dòng)方向的判斷

這部分內(nèi)容其實(shí)比較簡單，在原電池中陽離子（帶正電）移向正極，陰離子（帶負(fù)電）移向負(fù)極，簡稱“正的移向正的，負(fù)的移向負(fù)的”。這個(gè)規(guī)律對(duì)有鹽橋的原電池一樣適用，反應(yīng)過程中鹽橋中的離子按照這個(gè)規(guī)律移向兩邊裝置；電解池則剛好相反。

五、電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算

這部分的計(jì)算，主要遵循的規(guī)律是得失電子守恒，包括兩級(jí)的得失電子守恒和串聯(lián)裝置中的得失電子守恒。如下題。

常溫下電解200 mL一定濃度的NaCl和CuSO4混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時(shí)間變化的關(guān)系如下圖中曲線Ⅰ和Ⅱ所示（氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積）。根據(jù)圖中信息計(jì)算原混合溶液中NaCl和CuSO4的物質(zhì)的量濃度。

解析：混合溶液中陽離子有Na+、Cu2+、H+，放電順序?yàn)镃u2+﹥H+﹥Na+，陰離子有Cl-、SO42-、OH-，放電順序?yàn)镃l-﹥OH-﹥SO42-，故陽極先2Cl--2e-=Cl2↑，再4OH--4e-=2H2O+O2↑。陰極先Cu2+2e-=Cu，再2H++2e-=H2↑，故n（NaCl）=2n（Cl2）=0.02mol，則c（NaCl）=0.1mol/L。陽極得到336 mL氣體中，含0.01molCl2和0.005molO2。轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量：0.01 mol×2+0.005mol×4=0.04mol。此過程中陰極剛好全部析出銅：n（CuSO4）=n（Cu）==0.02mol，則c（CuSO4）==0.1mol/L。

在電化學(xué)的計(jì)算中，還有一個(gè)內(nèi)容學(xué)生覺得比較難，就是電解后溶液中PH的計(jì)算。其實(shí)只要記?。合腍+，溶液顯堿性，反應(yīng)后溶液中n（OH-）等于被消耗的n（H+），消耗OH-，溶液顯酸性，反應(yīng)后溶液中n（H+）等于被消耗的n（OH-）。

只要能熟練應(yīng)用這些規(guī)律，在解決電化學(xué)的題目時(shí)應(yīng)該不會(huì)遇到太大問題。