電化學試題的解題思路分析

蘆紅霞

摘 要：電化學是中學化學學科中的重要內容，也是高考考查的重點.試題涉及有電極判斷、電極反應式書寫、離子的移動等相關問題，通過高考真題的分析來提煉處理這類問題的方法.

關鍵詞：氧化還原反應;電子轉移;電極判斷;離子移動;高中化學

電化學試題的解題思路一般可以分成這樣四個步驟來進行：1.先弄清楚是電池反應還是電解反應;2.根據信息說明或反應中物質價態變化確定正、負極或陰、陽極;3.根據物質的特點確定反應的微粒;4.根據反應所處的環境正確寫出電極反應式以及判斷離子的移動方向.下面就結合具體的高考試題來分析.

一、考查電極反應式書寫

例1 （2018年江蘇-20節選）用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，電解該混合溶液可獲得較濃的硝酸.寫出電解時陽極的電極反應式：.

分析 稀硝酸吸收NOx后有HNO3和HNO2兩種物質，想通過電解的方法來得到較濃的硝酸.從這句表達來看該過程屬于電解反應，目的是使混合溶液中的亞硝酸轉化成硝酸，讓氮元素價態升高，氮元素價態升高的過程就是氮原子失去電子的過程，所以應該在電解池的陽極反應.在這個過程中涉及的問題還有：（1）NO-2轉化成NO-3的變化中，缺少的氧原子可以用什么微粒來補充？（2）電極式也是離子方程式，微粒以什么樣的形式保留呢？由于亞硝酸屬于弱酸，應當以分子形式存在;缺少的氧原子在溶液中一般以水或者OH-補充，考慮該溶液為酸性，用水比較合理.最終寫出的陽極的電極反應式為：

二、考查電極判斷

電化學反應中，電極的確定和電子的得失是聯系在一起的，電子的得失在物質價態變化上顯現出來.如果電極名稱沒有標明，就可以通過微粒中元素價態變化來確定反應的電極.

分析 根據提供的電池總反應可以看出，鈉在反應中化合價升高，失電子，應該在負極反應，則正極反應物應為CO2，那正極的反應式為3CO2+4e-2CO2-3+C.從提供的圖示也可以判斷：左邊電極上發生反應的物質為鈉，右邊為CO2.其中鈉為非常活潑的金屬，易失電子，很顯然鈉為負極反應物.負極失去電子后該區域區帶正電荷，正極區得到電子后帶負電荷，那電解液中的離子會相應移動維持電荷平衡.所以放電時ClO-4向負極移動.充電時，陰極得到電子，鈉離子被還原，發生的反應為是Na++e-Na，此時電極名稱為陰極，解題時要注意區分電池反應和電解反應的電極名稱.

三、考查離子的移動方向

在電化學反應中，離子的移動來維持電荷的平衡.一般來說有兩種情況：濃度大的離子會向離子濃度小的區域擴散、離子向帶相反電荷的方向移動.

例3 （2017年江蘇-16節選）電解Na2CO3溶液的原理如圖所示.

陽極的電極反應式為，陰極產生的物質A的化學式為.

分析 該題裝置為電解反應，左池是陽極區，右池為陰極區.陽極失去電子，發生氧化反應.陰極得到電子，發生還原反應.那發生反應的離子分別是什么呢？在陽極區產生氧氣，原來氧元素存在于CO2-3或H2O中，都是以-2價存在，考慮最后CO2-3轉化成HCO-3，所以應該是水發生反應產生氧氣.即2H2O-4e-4H++O2，產生的H+立即與CO2-3反應生成HCO-3，所以總反應應該寫成4CO2-3+2H2O-4e-4HCO-3+O2，由于CO2-3轉化成HCO-3，所帶負電荷減少，為了維持電荷平衡，鈉離子由陽極區通過陽離子交換膜轉移到陰極區.再看陰極區的反應，稀的NaOH轉變成濃的NaOH溶液，鈉離子由陽極區轉移過來的，OH-則由陰極區產生，從存在的微粒來看，只有水參加反應得到，所以陰極區是水得到電子，發生還原反應：2H2O+2e-H2+2OH-，則A為氫氣.

四、根據實際情況分析反應物質

在電化學反應中，除了一些常見的微粒發生反應外，也會看到一些不是很常見的物質，比如活潑的金屬離子、非金屬離子或單質參見反應.這種情況的出現需要根據實際情況進行分析，判斷出具體反應的物質，再依據電化學中電子轉移的理論來分析即可.

例4 （2018全國卷Ⅲ-27節選） KIO3可采用“電解法”制備，裝置如圖所示.

寫出電解時陰極的電極反應式.

電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為，其遷移方向是.

分析 該電解裝置的目的是制取KIO3，從提供的原料來看，KIO3在陽極區產生.陰極區的物質是KOH溶液，能得到電子的只有水中的氫，電極反應為：2H2O+2e-H2+2OH-，那陽極的反應呢？參加反應的物質是KOH與I2，且從價態分析碘元素由單質的0價轉化成IO-3中的+5價，失電子，結合堿性溶液的氛圍，電極反應式可以寫：I2-10e-+12OH-2IO-3+6H2O.反應中消耗的OH-比生成的IO-3多，負電荷減少，正電荷增加，多余的K+則由a室通過陽離子交換膜進入b室.該題考查時雖然沒有要求寫出陽極的電極反應式，但從離子移動的方向來看，還是需要能分析清楚陽極的反應情況.雖然平時的教學中有關I2的內容較少，但依據該題中情境的實際情況來分析就可以得到答案.

（2018年全國卷Ⅱ-26節選），以閃鋅礦（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質）為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：

電解硫酸鋅溶液制備單質鋅時，陰極的電極反應式為_______;

分析：該工業流程最終目的為了制取鋅單質.將原料閃鋅礦（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質）經過一系列反應后去除其中的雜質，并轉化為ZnSO4溶液.如果電解ZnSO4稀溶液，也許發生反應的物質仍然是水，但題中要求得到鋅單質，發生反應的物質必定是Zn2+.也許在平時的學習中一般認為，在水溶液中活潑金屬的離子不容易參加反應，如果采用鋅作電極，并通過增加鋅離子的濃度來增強氧化能力，反應是完全可以發生的.這其實也是氫在鋅電極上具有超電勢所致.該方案最后可以選擇電解飽和硫酸鋅溶液，則鋅離子發生反應就很正常.這種情況就需要考慮實際問題，不能墨守成規，認為水溶液中一定反應的是H+或者OH-.

電化學的基礎是氧化還原反應，在處理電化學問題時要抓住本質（電子轉移的情況）和現象（微粒中元素化合價的變化）這兩個方面分析，同時注意結合具體的反應情況就可以完美的解決問題.雖然需要回答的問題只是一到兩個方面，但在分析時應該把握住整個裝置.

參考文獻：

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[3]曹錫章，張婉蕙，杜堯國.無機化學[M].北京：高等教育出版社，2002.

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