高考中電化學(xué)試題的常見題型與命題預(yù)測

黑龍江 欒厚福

從近幾年全國各地的高考試題來看，電化學(xué)部分是歷年高考必考內(nèi)容，屬于高考的“?？汀?，在高考中分值一般占6～10分。這部分試題主要以選擇題形式出現(xiàn)，在非選擇題中偶爾結(jié)合其他情境信息、知識等綜合考查。試題考查的核心素養(yǎng)是宏觀辨識與微觀探析。本文通過對近三年高考真題和模擬、聯(lián)考題的研究，綜合高考信息等，歸納總結(jié)電化學(xué)試題的常見題型并預(yù)測2018年高考命題趨勢，希望對高考備考具有借鑒和指導(dǎo)意義。

一、高考常見題型

電化學(xué)試題幾乎都是結(jié)合圖示裝置給出，如根據(jù)對新型化學(xué)電源和燃料電池考查原電池原理的理解和應(yīng)用；結(jié)合具體事實或?qū)嶒灥瓤疾殡娊庠淼膽?yīng)用等。近幾年高考中主要出現(xiàn)了如下五種常見題型，結(jié)合具體例題分析說明。

題型一 常規(guī)原電池原理的應(yīng)用

這類題型所給出的裝置中含鹽橋或離子交換膜等。主要考查正負(fù)電極的判斷與電極反應(yīng)式的書寫，電子(或電流)和溶液中離子移動方向等，偶爾涉及簡單計算，如計算溶液質(zhì)量變化或產(chǎn)生氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積、判斷溶液pH變化等，試題難度較小。

例1(2015·天津卷·4題)鋅銅原電池裝置如圖所

示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是( )

A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

C.電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加

D.陰陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動，保持溶液中電荷平衡

【答案】C

【解題策略】根據(jù)圖示裝置和電極材料等判斷正負(fù)電極，需注意原電池中的“三個方向”：①電子轉(zhuǎn)移方向：負(fù)極→導(dǎo)線→正極，②電流方向：正極→負(fù)極，③離子移動方向：陽離子→正極，陰離子→負(fù)極；寫出電極反應(yīng)式并根據(jù)電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相等可計算電極質(zhì)量變化或生成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積等。

題型二 新型化學(xué)電源

化學(xué)電源是高考中考查頻率較高的題型，且80%以上試題都是考查新型化學(xué)電源的工作原理，融入新的情境、科技前沿信息等命題，綜合考查考生接受信息、處理信息和綜合作答的思維能力，試題中信息較多，從中提取有用信息，根據(jù)總反應(yīng)式或圖示裝置等判斷出正負(fù)電極名稱，結(jié)合電解質(zhì)特點分析電極反應(yīng)式。同樣選項中也涉及電極反應(yīng)式書寫、簡單計算，以及電極材料的選擇等內(nèi)容的考查，試題難度較大。

B.電池工作時，外電路中流過0.02 mol電子，負(fù)極材料減重0.14 g

C.石墨烯的作用主要是提高電極a的導(dǎo)電性

D.電池充電時間越長，電池中Li2S2的量越多

【答案】D

【解題策略】解答新型化學(xué)電源試題需明確：①根據(jù)總反應(yīng)方程式和元素化合價變化，可判斷出電極材料或?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式；②二次電池中“放電”時相當(dāng)于原電池，“充電”時相當(dāng)于電解池；③燃料電池中通入燃料的電極為負(fù)極，通入空氣或O2的電極為正極；④裝置中陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過，注意離子交換膜的存在，對書寫電極反應(yīng)式的影響；⑤書寫電極反應(yīng)式要注意不同電解質(zhì)環(huán)境(酸性、堿性、熔融碳酸鹽、熔融氧化物等)的影響；⑥根據(jù)電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相等，找到關(guān)系式可進行相關(guān)計算。

題型三 電解原理的應(yīng)用

近幾年的高考試題中，關(guān)于電解原理及其應(yīng)用的試題考查相對較多，這類試題對教材內(nèi)容考查很少，但側(cè)重運用教材電解原理的理論知識解答具體的實際問題。大多數(shù)試題以結(jié)合圖象的形式給出，一來很多信息都出現(xiàn)在圖象中，二來能增加區(qū)分度。要做好這類試題，就要讀懂題中關(guān)鍵信息，準(zhǔn)確判斷電極，結(jié)合圖象信息等分階段寫出電極反應(yīng)式并進行分析與計算，同時還要注意離子交換膜對離子移動的影響等。試題綜合性較強，略有難度。

(1)電解一段時間后，c(OH-)降低的區(qū)域在__________(填“陰極室”或“陽極室”)。

(2)電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，其原因為__________。

(3)c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖b，任選M、N兩點中的一點，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：____________________。

(2)根據(jù)題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。由于陰極產(chǎn)生H2，為防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低，即電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出。

(3)根據(jù)題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，在M點c(OH-)低，Na2FeO4穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢；在N點c(OH-)過高，鐵電極上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4產(chǎn)率降低。

【答案】(1)陽極室 (2)防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低 (3)M點c(OH-)低，Na2FeO4穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢[或N點c(OH-)過高，鐵電極上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4產(chǎn)率降低]

【解題策略】(1)注意電極名稱的判斷：①與電源正極相連的為電解池的陽極，反之為陰極；②電解池工作時陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，據(jù)此可判斷電極名稱。

(2)電極反應(yīng)式的書寫，陽極反應(yīng)式書寫時要注意：①金屬電極：金屬失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；②惰性電極(Pt、Au、石墨)離子放電順序：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根。陰極反應(yīng)式書寫時要注意陽離子被還原，其放電順序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。

(3)掌握電解原理在氯堿工業(yè)、粗銅電解精煉、電鍍、電冶金中的具體應(yīng)用，如電極名稱、電解質(zhì)溶液、電極反應(yīng)式等。

(4)根據(jù)圖示裝置能正確書寫電極反應(yīng)式，結(jié)合圖象等做到具體問題具體分析，并能善于運用題中信息。

(5)電化學(xué)計算的方法：

電化學(xué)計算主要包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH、相對原子質(zhì)量和NA測定、產(chǎn)物的量與電量互算等。不論哪類計算，均可概括為三種方法：

①電子守恒法：用于串聯(lián)電路，陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算；

②總反應(yīng)式法：先寫出電極反應(yīng)式，根據(jù)電極反應(yīng)式寫出總反應(yīng)式，根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計算；

題型四 電化學(xué)與金屬腐蝕

近兩年高考中與金屬腐蝕有關(guān)的試題出現(xiàn)的頻率較高，無論是全國卷還是單獨命題的省份都出現(xiàn)過，一般結(jié)合特定情境考查金屬腐蝕的原理和金屬腐蝕的電化學(xué)防護措施等。要使活潑金屬不被腐蝕，該金屬應(yīng)人為控制使其作原電池的正極或電解池的陰極，試題相對簡單。

例4(2017·全國卷Ⅰ·11題)支持海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護法進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述不正確的是( )

A.通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零

B.通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁

C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流

D.通入的保護電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調(diào)整

【分析解答】鋼管表面不失電子，幾乎無腐蝕電流，A項正確；外電路中，電子從高硅鑄鐵流向電源正極，從電源負(fù)極流向鋼管樁，B項正確；高硅鑄鐵為惰性輔助電極，不被損耗，C項錯誤；保護電流應(yīng)根據(jù)環(huán)境(如pH、離子濃度、溫度)變化進行調(diào)整，D項正確。

【答案】C

【解題策略】(1)由圖示裝置和介質(zhì)的性質(zhì)等判斷金屬腐蝕的類型，如酸性條件為析氫腐蝕，弱酸性或中性為吸氧腐蝕。

(2)金屬的電化學(xué)防護措施：①犧牲陽極的陰極保護法；②外加電源的陰極保護法，結(jié)合具體情境掌握兩種電化學(xué)防護措施的實際應(yīng)用。

題型五 電化學(xué)與實驗

高考中有時以探究實驗為載體考查電化學(xué)知識的靈活運用。這類試題結(jié)合圖示給出，根據(jù)實驗現(xiàn)象等分析電極反應(yīng)式或?qū)嶒炘淼?。試題比較新穎，難度也不大，是北京卷常考題型，也代表新的命題方向和趨勢。

例5(2016·北京卷·12題)用石墨電極完成如圖所示電解實驗。下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是( )

實驗一實驗二裝置現(xiàn)象a、d處試紙變藍(lán);b處變紅,局部褪色;c處無明顯變化兩個石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生;n處有氣泡產(chǎn)生……

D.根據(jù)實驗一的原理，實驗二中m處能析出銅

【答案】B

【解題策略】解答這類試題需根據(jù)圖示中有無外接電源，可判斷是原電池還是電解池；再根據(jù)圖示正確判斷電極名稱，結(jié)合電解質(zhì)溶液和實驗現(xiàn)象正確書寫電極反應(yīng)式進行分析。尤其是電解池要根據(jù)實驗現(xiàn)象的不斷變化，分階段寫出電極反應(yīng)式并進行分析。

上述重點分析了近三年高考電化學(xué)試題的常見題型與考查方式，不難看出原電池原理、新型化學(xué)電源和電解原理及其應(yīng)用是重點考查的內(nèi)容，也是高考命題的熱點。仔細(xì)研究還會發(fā)現(xiàn)近三年的高考真題中對電解原理及其應(yīng)用、金屬的腐蝕與防護的考查有所升溫，較以往比對原電池原理的考查有所減少。

從近三年高考試題和最近全國各地的模擬、聯(lián)考題來看，原電池原理、新型化學(xué)電源、電解原理及應(yīng)用、金屬的腐蝕與防護仍然是2018年高考命題的重點與熱點，而且考查形式靈活新穎，如試題設(shè)置不同的電極室、離子交換膜等，會增加試題的新穎度，要避免受定式思維的影響。多數(shù)試題仍以選擇題形式考查為主，同時也有很多試題結(jié)合其他知識以非選擇題的形式進行綜合命題，如2017年天津卷、2015年山東卷等。

高考中除了上述常見題型外，還可能出現(xiàn)原電池與電解池串聯(lián)的試題，結(jié)合工藝流程的形式等考查電化學(xué)知識的綜合運用等。現(xiàn)結(jié)合具體例題分析這兩種可能的命題形式及解題策略。

二、高考命題預(yù)測

預(yù)測一 原電池與電解池串聯(lián)

近五年各地高考中幾乎沒有出現(xiàn)原電池與電解池串聯(lián)的試題，但是各地模擬、聯(lián)考卷中原電池與電解池串聯(lián)的試題較多，尤其以燃料電池與電解池串聯(lián)的居多，這也代表一種命題趨勢。所以這種題型要引起注意，選項設(shè)置仍以電極反應(yīng)式書寫、離子移動方向、簡單化學(xué)計算等為主，試題難度較高。

例6(2018·石家莊質(zhì)檢·12題)NaBH4燃料電池具有理論電壓高、能量密度大等優(yōu)點。以該燃料電池為電源電解精煉銅的裝置如圖所示。下列說法不正確的是( )

A.離子交換膜應(yīng)為陽離子交換膜，Na+由左極室向右極室遷移

C.電解池中的電解質(zhì)溶液可以選擇CuSO4溶液

D.每消耗2.24 L O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，A電極的質(zhì)量減輕12.8 g

【答案】D

【解題策略】解答原電池與電解池串聯(lián)的試題需注意：①根據(jù)圖示裝置可以正確判斷原電池和電解池裝置，若均為惰性電極很可能是電解池、活動性不同的電極很可能是原電池。②結(jié)合圖示信息能正確判斷電極名稱，如圖示通入O2的電極為原電池的正極，由此可確定原電池的負(fù)極、電解池的陰極和陽極。③根據(jù)圖示能正確寫出電極反應(yīng)式，根據(jù)電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相等，進行簡單的化學(xué)計算。④注意離子交換膜對離子移動方向和電極反應(yīng)式的影響等。

預(yù)測二 電化學(xué)與工藝流程

工藝流程題是近年來非常流行的一類試題，具有信息量大、結(jié)合生產(chǎn)實際等特點，備受命題教師青睞，電化學(xué)知識也可能結(jié)合化工流程形式考查，試題綜合性較強。要結(jié)合具體情境和操作目的分析有關(guān)的電極反應(yīng)和進行計算等。在以往高考中也出現(xiàn)過，這種命題形式也要引起重視。

例7(2017·江蘇卷·16題)鋁是應(yīng)用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質(zhì))為原料制備鋁的一種工藝流程如下：

注：SiO2在“堿溶”時轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀。

(1)“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為__________。

(2)向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH__________(填“增大”“不變”或“減小”)。

(3)“電解Ⅰ”是電解熔融Al2O3，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是__________。

(4)“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，原理如圖所示。陽極的電極反應(yīng)式為__________，陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為__________。

(5)鋁粉在1 000℃時可與N2反應(yīng)制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合，有利于AlN的制備，其主要原因是__________。

【解題策略】工藝流程題是將生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識步步設(shè)問，是無機框圖的創(chuàng)新。解答這類試題要求考生依據(jù)流程圖分析原理，緊扣信息，能找出有用信息，抓住關(guān)鍵，并能結(jié)合題干信息，正確分析過程，根據(jù)圖示措施推理其用意。