由一道電化學(xué)高考題所想到的

馬寶虎

[摘要]對四川省2016年高考化學(xué)的一道化學(xué)主觀題從試題的結(jié)構(gòu)、命題技術(shù)上進(jìn)行分析與評價，并通過拓展、分析總結(jié)出這類題型的一般性解題規(guī)律，目的是為了更好地提高學(xué)生的應(yīng)試能力。

[關(guān)鍵詞]電化學(xué)；高考題；試題拓展；解答技巧

[中圖分類號]G633.8[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]16746058

（2018）08005702

電化學(xué)試題是各地高考化學(xué)試卷的重要組成部分，常以圖文并茂或純文字?jǐn)⑹龅男问匠霈F(xiàn)，試題題型多數(shù)為選擇題或填空題。近幾年，高考化學(xué)試題中鋰離子電池的題型頻頻出現(xiàn)，從平時的教學(xué)中不難發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生解答此類題型比較困難，出錯率較高。因此筆者就鋰離子電池的幾種題型的解答技巧談一點自己的看法。

一、原題再現(xiàn)

[題目]（2016年高考四川卷理綜化學(xué)第5題）

某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時電池總反應(yīng)為：

Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6（x<1）。下列關(guān)于該電池的說法不正確的是（）。

A.放電時，Li+在電解質(zhì)中由負(fù)極向正極遷移

B.放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)式為LixC6-xe-=xLi++C6

C.充電時，若轉(zhuǎn)移1mole-，石墨（C6）電極將增重7xg

D.充電時，陽極的電極反應(yīng)式為LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+

解析：解答此題時學(xué)生最困難的地方就是不好確定變價元素，很難書寫出此電池放電時兩極的電極反應(yīng)式。那么如何書寫兩極反應(yīng)式呢？技巧就是將鋰的化合價都看成+1價，鋰在反應(yīng)前后不變價，所以很容易判斷負(fù)極是LixC6放電，電極反應(yīng)式為LixC6-xe-=C6+xLi+，負(fù)極釋放的鋰離子進(jìn)入電解質(zhì)溶液遷移到正極和Li1-xCoO2反應(yīng)，因此正極的電極反應(yīng)式為Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，而此電池充電時，只考慮放電時兩極反應(yīng)的逆方向就行。只要順利寫出兩極反應(yīng)式，此題便可迎刃而解。答案為C。

點評：該題以問題為導(dǎo)向，要求考生將原電池放電、充電的有關(guān)知識、方法和技巧與新的情境相結(jié)合來完成，適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充了一些簡單的計算，在較高的層次考查學(xué)生對原電池原理的掌握和理解，同時又能較好地考查學(xué)生分析、靈活解答問題的能力。據(jù)此可預(yù)測該種命題趨勢將會繼續(xù)。

二、試題拓展

[拓展一]已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（）。

A.鋰離子電池放電時，Li+向負(fù)極遷移

B.鋰硫電池充電時，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：此題考查的是兩種鋰電池的充放電情況。解題時要快速判斷各選項，一看電極，二看電極反應(yīng)。根據(jù)鋰的化合價都為正一價，反應(yīng)前后化合價不變，確定此電池放電時LixC作負(fù)極，電極反應(yīng)式為LixC-xe-=C+xLi+，負(fù)極釋放的鋰離子進(jìn)入電解質(zhì)溶液遷移到正極和Li1-xCoO2反應(yīng)，所以正極反應(yīng)式為

Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，到此A選項就很容易判斷了。鋰硫電池放電時負(fù)極為Li，發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)，故B正確。比能量是參與電極反應(yīng)的單位質(zhì)量的電極材料放出電能的大小，鋰硫電池放電時Li為負(fù)極，鋰離子電池放電時負(fù)極為LixC，兩種電池的負(fù)極材料不同，所以比能量不同，故C錯誤。D選項，由鋰離子電池的兩極反應(yīng)式不難看出是鋰硫電池給鋰離子電池充電，但正負(fù)極接反了。故答案為B。

[拓展二]2013年3月我國科學(xué)家報道了如下圖所示的水溶液鋰離子電池體系，下列敘述錯誤的是（）。

A.a為電池的正極

B.電池充電反應(yīng)為LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi

C.放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化

D.放電時，溶液中Li+從b向a遷移

解析：解答此題比較困難的是B、C選項的判斷，而此題和前兩題不同的是，它的負(fù)極材料是金屬鋰，同樣要快速書寫出兩極反應(yīng)式，但不同的是，它的負(fù)極上是金屬鋰直接放電，所以反應(yīng)式為xLi-xe-=xLi+；正極的書寫由于沒有總反應(yīng)相對困難些，這時依據(jù)B選項判斷負(fù)極生成的鋰離子進(jìn)入溶液遷移到正極可能和

Li1-xMn2O4發(fā)生反應(yīng)，所以正極的電極反應(yīng)式為Li1-xMn2O4+xLi++xe-=LiMn2O4，這樣就可以輕松判斷C選項中鋰的化合價不變，也可以判斷B選項是正確的。故答案為C。

三、梳理總結(jié)

通過以上例題可以總結(jié)出，與鋰離子電池有關(guān)的題型的解答技巧是正確書寫電極反應(yīng)式，這樣問題就會迎刃而解?？梢姇鴮憙蓸O反應(yīng)式是此類題型的難點，那么如何快速、正確地書寫兩極反應(yīng)式？現(xiàn)總結(jié)如下。

1.如果負(fù)極材料是金屬鋰的鋰離子電池，解題方法和其他電池的解題方法大同小異，因為鋰是活潑金屬，金屬鋰的鋰離子電池中鋰自然作負(fù)極，而正極反應(yīng)式的書寫對于學(xué)生而言有些困難。因此兩極反應(yīng)式為：

負(fù)極：xLi-xe-=xLi+

正極：Li1-xM+xLi++xe-=LiM（M為CoO2、NiO2、Mn2O4等）

總反應(yīng)：Li1-xM+xLi=LiM（M為CoO2、NiO2、Mn2O4等）

2.如果是Li+嵌入的化合物為正負(fù)極的鋰離子電池，它的特點一般是負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)ixC6或LixC，正極采用鋰離子化合物L(fēng)iCoO2、LiNiO2或LiMn2O4等，電解質(zhì)為溶解有鋰鹽的LiPF6、LiAsF6等有機(jī)溶劑。此類電池放電時兩極反應(yīng)式的書寫一定要注意鋰離子不變價，都為+1價。

負(fù)極：LixN-xe-=N+xLi+（N為C或C6）

正極：Li1-xM+xLi++xe-=LiM（M為CoO2、NiO2、Mn2O4等）

總反應(yīng)：LixN+Li1-xM=LiM+N（N為C或C6，M為CoO2、NiO2、Mn2O4等）

（責(zé)任編輯羅艷）