例析多池相連電化學(xué)裝置的解題方法

莫麗瓊，王 霞

（云南師范大學(xué) 云南 昆明 650500）

1 引言

電化學(xué)知識(shí)是近幾年全國各省市高考題中的必考考點(diǎn)[1]，它是基于氧化還原反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化等知識(shí)的深度學(xué)習(xí)，電化學(xué)分為原電池與電解池兩大模塊，但考題中通常不單獨(dú)考察，而是多池相連綜合考察，因而要求學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備與強(qiáng)大的邏輯思維體系。因此本文舉例分析常見的多池相連問題的題型特點(diǎn)和相應(yīng)的解題方法談?wù)勛约旱囊娊狻?/p>

2 無外接電源型

2.1 建立認(rèn)知角度

此類題型關(guān)鍵是確定原電池，判斷方法主要有：找裝置中最活潑金屬，其在裝置為原電池（即能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的電池），其余為電解池；在電極附近有可燃物通入的裝置是原電池，其余為電解池。

2.2 建立角度關(guān)聯(lián)

根據(jù)原電池的形成條件確定其正負(fù)極，較活潑金屬或可燃物做負(fù)極，另一極為正極。與原電池負(fù)極相連的是電解池的陰極，與正極相連的是陽極，串聯(lián)電池中陰陽電極交替出現(xiàn)。

2.3 建立思維模型

根據(jù)解題需要建立思維模型，正確書寫電極反應(yīng)方程式，判斷電子轉(zhuǎn)移方向，陰陽離子移動(dòng)方向等，緊抓相同時(shí)間內(nèi)電極通過電子的物質(zhì)的量相等這一橋梁來解答電化學(xué)中的定量計(jì)算。

例：如圖裝置甲池的總電極反應(yīng)式為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列敘述正確的是( )

A.甲池是原電池，乙池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

B.乙池中，Ag電極的電極反應(yīng)式為Ag-e-=Ag+

C.反應(yīng)一段時(shí)間后，若要使CuSO4溶液恢復(fù)到原濃度則向乙池中加入一定量Cu(OH)2固體

D.當(dāng)甲池中消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下280mL O2，理論上丙池中最多產(chǎn)生固體1.45g

解析：甲池中有CH3OH通入做原電池，乙池和丙池為電解池，能量是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A錯(cuò)。甲池中負(fù)極為通入CH3OH的一極，正極為通入O2的一極，乙池中Ag作陰極，電極反應(yīng)為Cu2+＋2e-===Cu，B錯(cuò)?；謴?fù)原溶液的原則是電解了什么則加入什么，乙池中：2CuSO4＋應(yīng)加入CuO或CuCO3，C錯(cuò)。丙池中：當(dāng)消耗標(biāo)況下280mL O2，0.0125mol時(shí)，轉(zhuǎn)移e-0.05 mol，生成Mg(OH)20.025mol，質(zhì)量為1.45g。

3 有外接電源型

（1）建立認(rèn)知角度：針對(duì)有電源的此類題型，全部為電解池、電鍍池或精煉池等。（2）建立角度關(guān)聯(lián)：若已知電源的正負(fù)極，則與電源負(fù)極相連的是電解池的陰極，與正極相連的是陽極，根據(jù)串聯(lián)電池中電極交替出現(xiàn)原則順推其他電極；若未知電源的正負(fù)極，則需要根據(jù)某極發(fā)生的現(xiàn)象逆推電極（隱含著電子流向、陰陽離子移動(dòng)方向等解題依據(jù)）。（3）建立思維模型：與無外接電源型類似

例：如圖裝置電解一段時(shí)間，當(dāng)某極析出0.32gCu時(shí)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分別為(溶液足量，體積均為100mL且電解前后溶液體積變化忽略不計(jì))( )

A．13、7、1 B．12、7、2

C．1、7、13 D．7、13、1

解析：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均為電解池，Ⅰ中石墨（左）與電源正極相連為陽極，石墨（右）為陰極，Ⅱ、Ⅲ中依次交替。n(Cu)＝0.005mol，由Ⅲ中陰極的電極反應(yīng)為Cu2+＋2e-===Cu可知轉(zhuǎn)移e-0.01mol，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中電解方程式分別為當(dāng)轉(zhuǎn)移e-0.01mol時(shí)，則Ⅰ中生成OH-0.01mol，c(OH-)＝0.1mol/L，pH＝13；Ⅱ電解水，溶液仍然呈中性，溶液的pH＝7；Ⅲ中生成0.01molH+，c(H+)＝0.1mol/L，pH＝1，故選A。

4 雙控型

此類題型是前面兩類的綜合運(yùn)用，通過電建的斷開與閉合，從而改變認(rèn)知角度。

例：有關(guān)下列裝置的敘述中正確的是（ ）

A.斷開K1，閉合K2后，甲、乙池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

B.斷開K1，閉合K2后，丙池中c(Cl-)減小

C.斷開K2，閉合K1后，乙池右邊C電極上的電極反應(yīng)式為4OH--4e-===2H2O＋O2↑

D.斷開K2，閉合K1后，一段時(shí)間后甲、乙、丙三池中的陽極均被腐蝕了

解析：斷開K1，閉合K2后，整個(gè)裝置中為無外接電源型，由于鋅銀銅中鋅為最活潑金屬，故甲池是原電池，則乙、丙兩池為電解池，乙池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A錯(cuò)。甲池中Zn做負(fù)極，丙池中與Zn相連的Cu（右）電極為陰極，Cu（左）電極為陽極，Cu-2e-=Cu2+，金屬電極做陽極，參與電極反應(yīng)，Cl-不放電，B錯(cuò)。斷開K2，閉合K1后，三個(gè)池子均變成電解池，甲池中Zn與電源負(fù)極相連做陰極，則乙池中C（右）電極為陽極，4OH--4e-=2H2O＋O2↑，C正確；石墨是惰性電極，本身不參與電極反應(yīng)，D錯(cuò)。

解答電化學(xué)的相關(guān)題型，氧化還原反應(yīng)是基礎(chǔ)，原電池與電解池的工作原理是關(guān)鍵，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，無論電化學(xué)以哪種題型出現(xiàn)，基礎(chǔ)知識(shí)都是考察的重點(diǎn)和核心，這就要求學(xué)生在強(qiáng)化基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，不斷減少迷思概念，形成一定的邏輯思維體系，構(gòu)建解題模型，當(dāng)遇到綜合性較強(qiáng)的題型時(shí)就能迎刃而解了。

[1] 李輝，徐文華．電化學(xué)電極反應(yīng)式書寫“三步曲”[J].高中數(shù)理化.2015(5)：56-58.