高考的“寵兒”

胡富國(guó)

全國(guó)各省份的高考試題中幾乎每年都有對(duì)新型化學(xué)電源的考查，題目常以新型的電池為背景，既能考查原電池相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)又能考查考生的信息提取和信息應(yīng)用能力.新穎的材料背景往往會(huì)讓不少考生心理發(fā)怵，怯于解答此類題目.其實(shí)該類題目常常是起點(diǎn)高，落點(diǎn)低，了解該類題目的命題角度和解題思路就能讓問題迎刃而解.

例1 固體氧化物燃料電池（SOFC）以固體氧化物作為電解質(zhì)，其工作原理如圖1所示.下列關(guān)于固體燃料電池的有關(guān)說法正確的是（）.

A.電極b為電池負(fù)極，電極反應(yīng)式為

O2+4e-4O2-

B.固體氧化物的作用是讓電子在電池內(nèi)通過

C.若H2作為燃料氣，則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為H2+2OH--4e-2H++H2O

D.若C2H4作為燃料氣，則接觸面上發(fā)生的反

D、I.H反應(yīng)管中盛放的是黑色粉末CuO，發(fā)生的現(xiàn)象是H中黑色粉末變?yōu)榧t色，且H后的D裝置中澄清石灰水變渾濁.

（3）實(shí)驗(yàn)要證明草酸比碳酸的酸性強(qiáng)，學(xué)生容易想到由“強(qiáng)酸制弱酸”；選修有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生，則更容易聯(lián)想到苯酚和碳酸的酸性強(qiáng)弱比較實(shí)驗(yàn).于是會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：向盛有少量NaHCO3的試管里滴加草酸，若有氣泡放出，說明有碳酸生成，即碳酸酸性弱于草酸的酸性.

用實(shí)驗(yàn)證明草酸為二元酸，應(yīng)采用實(shí)驗(yàn)滴定、計(jì)算的方法.可用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定草酸溶液，通過計(jì)算，若消耗NaOH的物質(zhì)的量為草酸物質(zhì)的量的2倍，即可證明草酸為二元酸.

參考答案：（1）氣泡逸出、澄清石灰水變渾濁 CO2 冷凝（水蒸氣、草酸等），防止草酸進(jìn)入裝置C反應(yīng)生成沉淀，干擾CO2的檢驗(yàn)

（2）①F、D、G、H、D、I CuO

；②H中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后的D中澄清石灰水變渾濁

（3）①向盛有少量NaHCO3的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產(chǎn)生；②用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質(zhì)的量為草酸的2倍

感悟反思：（1）本題將物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，凸顯了化學(xué)學(xué)科特色.考查了草酸的分解產(chǎn)物CO2、CO的檢驗(yàn)；考查了實(shí)驗(yàn)原理、儀器連接、現(xiàn)象分析；考查強(qiáng)酸與弱酸的關(guān)系；考查了二元酸的鑒定方法.

（2）對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ休^深刻的考查，如CO的檢驗(yàn)實(shí)際把CO還原CuO這個(gè)學(xué)生熟悉的小實(shí)驗(yàn)，和草酸的分解實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，要求學(xué)生明確CO的制取→除雜→干燥CO→反應(yīng)→反應(yīng)產(chǎn)物的檢驗(yàn)→尾氣的回收，如果學(xué)生思考不深刻或平時(shí)實(shí)驗(yàn)粗心，可能少選F后的D裝置，或不用尾氣回收裝置I.

（3）考查學(xué)生語言表達(dá)能力.本題空格上要填寫的文字較多，要求答出要點(diǎn)，盡量言簡(jiǎn)意賅.如證明草酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)，只要能表達(dá)出由草酸和碳酸氫鹽（或碳酸鹽）制取碳酸，且碳酸易分解而放出CO2，由這一要點(diǎn)組織、簡(jiǎn)化語言即可.再如，實(shí)驗(yàn)證明草酸為二元酸，圍繞2 mol NaOH與1 mol草酸完全反應(yīng)這一要點(diǎn)，敘述實(shí)驗(yàn)操作及檢驗(yàn)結(jié)果即可.

（4）由于草酸在選修5中有進(jìn)一步的介紹，此題作為必考內(nèi)容，顯然有利于選修有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)模塊的學(xué)生.另外，在一些復(fù)習(xí)資料中，常見到有關(guān)草酸的題目，甚或有些學(xué)生就知道草酸的分解反應(yīng)：

H2C2O4·2H2O△CO2↑+CO↑+3H2O

這樣，一些學(xué)生對(duì)該題的（1）（2）問就很順手的解答.

（5）本題是一道立足教材的題目，考查了學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ部疾榱藢W(xué)生的分析能力和綜合能力.而學(xué)生要回答得完滿，需要具備良好的基礎(chǔ)知識(shí)和化學(xué)素養(yǎng)，可以說，該題不難、不偏，學(xué)生似曾“相識(shí)”，但更考查學(xué)生要能“深知”題意.

（收稿日期：2015-07-13）

應(yīng)為C2H4+6O2--12e-2CO2+2H2O

解析 本題主要考查了原電池的工作原理和燃料電池的有關(guān)知識(shí).根據(jù)原電池工作原理，電子流出的一極是負(fù)極，流入的一極是正極.在此電池中燃料氣發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子，電子流出是負(fù)極；氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，得電子，電子流入是正極，故a為負(fù)極，b為正極，A錯(cuò).在電池內(nèi)部是電解質(zhì)中離子定向移動(dòng)導(dǎo)電，B錯(cuò)誤.C選項(xiàng)中電解質(zhì)是固體，氧化物中無OH-，所以正確寫法是：H2+O2-+2e-H2O，C錯(cuò).若C2H4作為燃料氣，總反應(yīng)式為C2H4+3O22CO2+2H2O，正極反應(yīng)式為：3O2+12e-6O2-，根據(jù)負(fù)極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-正極反應(yīng)式，得負(fù)極反應(yīng)式為：C2H4+6O2-12e-2CO2+2H2O，故D項(xiàng)正確.

思路總結(jié) 對(duì)于燃料電池的考查，經(jīng)常會(huì)涉及到電極反應(yīng)式的書寫和判斷，因此，要了解不同種類燃料電池的電極反應(yīng)式的書寫方法.

1.正極反應(yīng)式的書寫

根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，隨著電解質(zhì)的不同，其電極反應(yīng)有所不同，我們要熟記以下四種情況：

（1）酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2+4H++4e-2H2O.

（2）堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2+2H2O+4e-4OH-.

（3）固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)O2-）環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2+4e-2O2-.

（4）熔融碳酸鹽（如熔融K2CO3）環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2+2CO2+4e-2CO2-3.

2.負(fù)極反應(yīng)式的書寫

負(fù)極通入的是燃料，發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極生成的離子一般與正極產(chǎn)物結(jié)合.

（1）若負(fù)極通入的氣體是氫氣，則在酸性溶液中2H2-4e-4H+；在堿性溶液中2H2-4e-+4OH-4H2O；在熔融氧化物中H2-2e-+O2- H2O.

（2）若負(fù)極通入的氣體是含碳的化合物，如CO、CH4、CH3OH、CH3CH2OH等，碳元素均轉(zhuǎn)化為正四價(jià)的化合物，在酸性溶液中生成CO2；在堿性溶液中生成CO2-3；熔融碳酸鹽中生成CO2；熔融氧化物中生成CO2-3；氫元素最終都生成水.根據(jù)碳元素化合價(jià)的變化寫出失去的電子數(shù)，結(jié)合電荷守恒和原子守恒寫出電極反應(yīng)式.如甲烷燃料電池負(fù)極反應(yīng)式在酸性溶液中CH4-8e-+2H2OCO2+8H+，在堿性溶液中為CH4+10OH--8e-CO2-3+7H2O.

對(duì)于復(fù)雜的燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式可以采用間接的方法書寫，先寫出燃料電池的總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式，然后用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式，結(jié)合電荷守恒即得負(fù)極反應(yīng)式.

例2 鎳氫電池（NiMH）目前已經(jīng)成為混合動(dòng)力汽車的一種主要電池類型.NiMH中的M表示儲(chǔ)氫金屬或合金.該電池在充電過程中的總反應(yīng)方程式是：Ni（OH）2+M NiOOH+MH.已知：6NiOOH+NH3+H2O+OH-6Ni（OH）2+NO2-

下列說法正確的是（）.

A.NiMH電池放電過程中，正極電極反應(yīng)式為：NiOOH+H2O+e-Ni（OH）2+OH-

B.充電過程中OH-離子從陽(yáng)極向陰極遷移

C.充電過程中陰極的電極反應(yīng)式：H2O+M+e-MH+OH-，H2O中的H被M還原

D.NiMH電池中可以用KOH溶液、氨水等作為電解質(zhì)溶液

解析 NiMH 電池在充電過程中的總反應(yīng)方程式是Ni（OH）2+MNiOOH+MH，說明電池放電時(shí)負(fù)極為MH放電，電極反應(yīng)式為MH-e-+OH-M+H2O；正極為NiOOH，放電時(shí)的電極反應(yīng)式：NiOOH+H2O+e-Ni（OH）2+OH-，A正確；充電過程中陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，OH-離子從陰極向陽(yáng)極遷移，B錯(cuò)誤；充電過程中陰極的電極反應(yīng)式：H2O+M+e-MH+OH-，H2O中的H原子得到電子被還原，不是被M還原的，C錯(cuò)誤；根據(jù)已知NiOOH可以和氨水反應(yīng)，故不能用氨水作為電解質(zhì)溶液，D錯(cuò)誤.

例3 己知：鋰離子電池的總反應(yīng)為：LixC+Li1-xCoO2放電充電C+LiCoO2鋰硫電池的總反應(yīng)為：2Li+S放電充電Li2S 有關(guān)上述兩種電池說法正確的是（ ）.

圖2A.鋰離子電池放電時(shí)，Li+向負(fù)極遷移

B.鋰硫電池充電時(shí)，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)

C.理論上兩種電池的比能量相同

D.上圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電

解析 A.電池工作時(shí)，陽(yáng)離子Li+向正極遷移，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B.鋰硫電池充電時(shí)，鋰電極上發(fā)生Li+得電子生成Li的還原反應(yīng)，B項(xiàng)正確；C.兩種電池負(fù)極材料不同，故理論上兩種電池的比能量不相同，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D.根據(jù)電池總反應(yīng)知，生成碳的反應(yīng)是氧化反應(yīng)，因此碳電極作電池的負(fù)極，而鋰硫電池中單質(zhì)鋰作電池的負(fù)極，給電池充電時(shí)，電池負(fù)極應(yīng)接電源負(fù)極，即鋰硫電池的鋰電極應(yīng)與鋰離子電池的碳電極相連，D項(xiàng)錯(cuò)誤.

思路總結(jié) 對(duì)于可充放電的二次電池的相關(guān)問題，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面入手.

1.根據(jù)題目中給出的反應(yīng)式分析化合價(jià)的升降，來判斷原電池的正負(fù)極或者充電時(shí)的陰陽(yáng)極.原電池的負(fù)極、充電時(shí)的陽(yáng)極都是失去電子化合價(jià)升高的一極.

2.電極反應(yīng)式的書寫：陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是放電時(shí)正極反應(yīng)式倒過來，陰極的電極反應(yīng)式是放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)式倒過來.所以知道了放電時(shí)正負(fù)極或者充電時(shí)的陰陽(yáng)極的電極反應(yīng)式就相當(dāng)于知道了四個(gè)電極反應(yīng)式.利用原電池的電極反應(yīng)式與電解池的電極反應(yīng)式的互逆關(guān)系，能快速的書寫出相關(guān)的電極反應(yīng)式.

3.根據(jù)另一個(gè)電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-寫出的電極反應(yīng)式來寫電極反應(yīng)式.

4.熟記溶液中離子的移動(dòng)方向：充電時(shí)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)；放電時(shí)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng).

5.充電時(shí)電極的連接：電池的正極變?yōu)殛?yáng)極接電源的正極，電池的負(fù)極變陰極接電源的負(fù)極.

圖3

例4 “ZEBRA”蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖3所示，電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導(dǎo)體制作的陶瓷管相隔.下列關(guān)于該電池的敘述錯(cuò)誤的是（ ）.

A.電池反應(yīng)中有NaCl生成

B.電池的總反應(yīng)是金屬鈉還原三價(jià)鋁離子

C.正極反應(yīng)為NiCl2+2e-Ni+2Cl-

D.鈉離子通過鈉離子導(dǎo)體在兩電極間移動(dòng)

解析 結(jié)合蓄電池裝置圖，利用原電池原理分析相關(guān)問題.A項(xiàng)，在負(fù)極Na失電子生成Na+，正極反應(yīng)為NiCl2+2e-Ni+2Cl-，故電池反應(yīng)中有NaCl生成；B項(xiàng)，電池的總反應(yīng)是金屬鈉還原二價(jià)鎳離子；C項(xiàng)，正極上NiCl2發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為NiCl2+2e-Ni+2Cl-；D項(xiàng)，鈉在負(fù)極失電子，被氧化生成Na+，Na+通過鈉離子導(dǎo)體在兩電極間移動(dòng).所以，答案為B項(xiàng).

例5 CO無色無味有毒，世界各國(guó)每年均有不少人因CO中毒而失去生命.一種CO分析儀的工作原理如圖4所示，該裝置中電解質(zhì)為氧化釔-氧化鈉，其中O2-可以在固體介質(zhì)NASICON中自由移動(dòng).下列說法中錯(cuò)誤的是（ ）.

圖4

A.負(fù)極的電極反應(yīng)式為CO+O2--2e-CO2

B.工作時(shí)電極b做正極，O2-由電極a向電極b移動(dòng)

C.工作時(shí)電子由電極a通過傳感器流向電極b

D.傳感器中通過的電流越大，尾氣中CO的含量越高

解析 該裝置是原電池，通CO的電極a是負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為CO+O2--2e-CO2，故A正確；正極為電極b，電極反應(yīng)式為O2+4e-2O2-，負(fù)極CO失電子，需要與O2-結(jié)合，故O2-由電極b向電極a移動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；工作時(shí)電子從負(fù)極a通過傳感器流向電極b，故C項(xiàng)正確；CO的含量越大，原電池放電時(shí)產(chǎn)生的電流就越大，故D正確.

思路總結(jié) 像例4、例5這種給出圖示的新型原電池的考查往往都是落點(diǎn)很低，考查的也都是基本的知識(shí)點(diǎn).根據(jù)信息的不同采取不同的解題思路：

1.有時(shí)根據(jù)給出的兩極材料的活潑性或性質(zhì)判斷出正負(fù)極；有時(shí)根據(jù)箭頭標(biāo)注的物質(zhì)變化，進(jìn)入的為反應(yīng)物，出來的是生成物，結(jié)合物質(zhì)所含元素化合價(jià)的變化確定正負(fù)極.

2.根據(jù)標(biāo)注的電子流向判斷電源的正負(fù)極，電子流向與電流方向相反，電子由電源的負(fù)極流出，流入到正極.

3.固體電解質(zhì)或者有離子交換膜的題目，一般能夠傳導(dǎo)離子，離子在一個(gè)電極上生成，在另一個(gè)電極上消耗，結(jié)合這個(gè)書寫電極反應(yīng)式.