高考化學電池問題的解題策略探究

沈國強

(浙江省桐鄉市教師進修學校 314500)

一、前言

電池問題已經成為化學高考中的熱點,在今年各地的高考化學試題都出現了不同形式的電池試題.由于電池試題具有題目新穎，取材廣泛，考察全面等特點，學生看后往往會束手無策，失分率極高.本文以2019年年我國各地化學試題中出現的電池問題為例，來探討電池問題的解題規律,尋找電池問題的解題策略.

二、例題解析

例1(2019全國Ⅰ理綜卷)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示.下列說法錯誤的是( ).

A．相比現有工業合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能

C．正極區，固氮酶為催化劑，N2發生還原反應生成NH3

D．電池工作時質子通過交換膜由負極區向正極區移動

解題規律與策略本題題材較為新穎，但是考查的知識仍然是原電池的基本原理.學生只要學會能從圖示中尋找物質反應引起化合價變化的規律，運用氧化還原反應的規律，推知電池的正極和負極，弄清楚在電池兩極周圍發生的各類反應，以及電子、離子的移動規律，就可順利解答本題.

A. 三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高

D. 放電過程中OH-通過隔膜從負極區移向正極區

解題規律與策略本題以3D-Zn-NiOOH二次電池為載體，重點考查了二次電池在充電與放電時電極方程式的書寫，以及充放電過程中陰陽離子的移動方向等問題.只要掌握好二次電池原電池和電解池的規律,從電池總反應式出發,做好原電池的正負極和電解池的陰陽極的正確判斷,把握負極和陽極發生氧化反應,正極和陰極發生還原反應的規律,以及電解液中陰陽離子的移動方向加以正確判斷,便可順利突破本題.

例3(2019浙江卷)化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用.下列為4種電池示意圖.

下列說法不正確的是( ).

A．甲：Zn2+向 Cu 電極方向移動，Cu 電極附近溶液中H+濃度增加

C.丙：鋅筒作負極，發生氧化反應，鋅筒會變薄

D．丁：使用一段時間后，電解質溶液的酸性減弱，導電能力下降

解題規律與策略本題考查了四種常見的電池.解題方法是差不多的.都是采用通過比較還原性的強弱，確定電池的正、負極.然后解決電極反應方程式或陰陽離子的移動方向等問題.

例4(2019天津卷)我國科學家研制了一種新型的高比能量鋅-碘溴液流電池，其工作原理示意圖如下.圖中貯液器可儲存電解質溶液，提高電池的容量.

下列敘述不正確的是( ).

B．放電時，溶液中離子的數目增大

C．充電時，b電極每增重0.65g，溶液中有0.02mol I-被氧化

D．充電時，a電極接外電源負極

解題規律和策略本題考查鋅-碘溴液流電池.解題的關鍵是要讀懂題中電極上物質變化規律，推斷出電池的正負極，然后根據二次電池的規律，對充電時，運用電解池原理解答新問題.

例5(2019江蘇卷)將鐵粉和活性炭的混合物用 NaCl溶液濕潤后，置于如圖所示裝置中，進行鐵的電化學腐蝕實驗.下列有關該實驗的說法正確的是( ).

B．鐵腐蝕過程中化學能全部轉化為電能

C．活性炭的存在會加速鐵的腐蝕

D．以水代替 NaCl溶液，鐵不能發生吸氧腐蝕

例6(2019北京卷)可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如下.通過控制開關連接K1或K2，可交替得到H2和O2.

①制H2時，連接____.產生H2的電極反應式是____.

②改變開關連接方式，可得O2.

③結合①和②中電極3的電極反應式，說明電極3的作用： ____.

解題規律和策略本題考查的是電解池.首先根據外電源的極性確定電解池的陰陽極，然后根據電極3中物質變化規律寫出電極反應式，在確定電極1(制H2)和電極3(制O2)上的反應式，最后得知電極3的作用.

該電解池的陽極為____，總反應為____.電解制備需要在無水條件下進行，原因為____.

電解制備需要在無水條件下進行，因為中間產物Na能與水反應生成NaOH和H2，Fe2+能與OH-反應生成沉淀.

本題答案：

Fe電極

水會阻礙中間物Na的生成；水會電解生成OH-，OH-與Fe2+反應生成Fe(OH)2.

解題規律和策略本題考查的是電解池.解題的關鍵在于抓住圖示中二茂鐵制備過程中涉及的四個化學方程式，根據陽極發生氧化反應進行判斷，并根據四個分步反應推導出電極總反應式.再根據四個分步反應中的中間體Na與水反應，水會電解生成OH-，OH-與Fe2+反應生成Fe(OH)2去解答電解制備需要在無水條件下進行的原因.

綜上所述，在2019年高考化學試題中均出現了形形色色的電池問題.雖然電池試題形式上新穎獨特，而且每道試題都帶有電池裝置圖，但是解答這類試題的規律和策略是相同的.解答電池問題的步驟如下：第一步要深刻領會電池裝置圖所蘊含的信息，如電極上物質的變化，電解質溶液物質的變化，隔膜的作用，外電源正負極的連接方式等等；第二步是運用氧化還原反應的原理正確判斷電池的正負極或電解池的陰陽極，并寫出對應的電極方程式；第三步是處理陰陽離子移動方向，電極上物質變化的計算以及出現的各類新問題.