電化學(xué)命題新探

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高三 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
 

電化學(xué)知識是歷年來的命題重點(diǎn),幾乎每年每套化學(xué)試卷中都有所涉及,有時(shí)出現(xiàn)在選擇題中,有時(shí)出現(xiàn)在非選擇題中。在考查電化學(xué)基礎(chǔ)知識的前提下,命題題材及角度出現(xiàn)新的變化特點(diǎn),現(xiàn)主要以09年電化學(xué)試題為例說明。

 

一、關(guān)注燃料電池、手機(jī)電池等新型產(chǎn)品:

 

以燃料電池或手機(jī)電池為載體,既能體現(xiàn)化學(xué)的實(shí)用性,又能體現(xiàn)化學(xué)命題的時(shí)代性、新穎性,使試題在考查電化學(xué)知識的同時(shí),又能較好地考查學(xué)生分析、靈活解答問題的能力,預(yù)測該種命題情景趨勢將會繼續(xù)。

 

例1、(09江蘇) 以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是( ).

 

 

 

 

 

A.該電池能夠在高溫下工作  

B.電池的負(fù)極反應(yīng)為:C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+

C.放電過程中,H+從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移

D.在電池反應(yīng)中,每消耗1mol氧氣,理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下 CO2 22.4/6 L

 

評析:微生物燃料電池可以說是一種新型的環(huán)保電池,屬于新技術(shù)、新產(chǎn)品系列。本題盡管考查的知識點(diǎn)仍是電極反應(yīng)式書寫、離子移動方向、簡單計(jì)算等問題,但命題的情景卻具有很強(qiáng)的科學(xué)氣息。由于是微生物燃料電池,則不可能在高溫下工作,所以A錯誤;放電過程中,H+從負(fù)極區(qū)向正極區(qū)遷移,結(jié)合O2-形成H2O ,所以C錯誤;消耗1 mol氧氣則轉(zhuǎn)移4 mole-,由C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+計(jì)算出:轉(zhuǎn)移4 mol e-則生成1 molCO2 ,即22.4 L,所以D錯誤。正確答案為B。

 

除該題之外,還有09年的廣東卷第14題、山東卷第29題、天津卷第10題、安徽卷第12題、四川卷第29題、浙江卷第12題等的命題背景都是電池問題,這就啟示我們在平時(shí)的學(xué)習(xí)中除熟練掌握電化學(xué)池的類型判斷、電極判斷、電極反應(yīng)式書寫及離子移動、電子流向等基礎(chǔ)知識外,還應(yīng)關(guān)注我們?nèi)粘I钪械男庐a(chǎn)品、新技術(shù)等知識,以減弱試題的陌生度,從而順利解答該類問題。

 

二、繼續(xù)關(guān)注氯堿工業(yè)知識

在當(dāng)前日益重視海洋資源的研究及綜合利用情勢下,關(guān)于以海洋資源為背景或題材的試題應(yīng)運(yùn)而生。由于氯堿工業(yè)是海洋工業(yè)的主要組成部分,也是當(dāng)前比較成熟的、廣泛使用的技術(shù),因而圍繞氯堿工業(yè)及其相關(guān)知識就成為命題的必然。

例2、(09寧夏)請回答氯堿的如下問題:

(1)氯氣、燒堿是電解食鹽水時(shí)按照固定的比率k(質(zhì)量比)生成的產(chǎn)品。理論上k=_______(要求計(jì)算表達(dá)式和結(jié)果);

(2)原料粗鹽中常含有泥沙和Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等雜質(zhì),必須精制后才能供電解使用。精制時(shí),粗鹽溶于水過濾后,還要加入的試劑分別為①Na2CO3、②HCl(鹽酸)③BaCl2,這3種試劑添加的合理順序是______________(填序號)

(3)氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè),一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)(電)能30%以上。在這種工藝設(shè)計(jì)中,相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示,其中的電極未標(biāo)出,所用的離子膜都只允許陽離子通過。

①圖中X、Y分別是_____、_______(填化學(xué)式),分析比較圖示中氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)a%與b%的大小_________;

②分別寫出燃料電池B中正極、負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)正極:______; 負(fù)極:_____;

③這樣設(shè)計(jì)的主要節(jié)(電)能之處在于(寫出2處)____________、____________。

評析:本題前半部分基本就是氯堿工藝的再現(xiàn),但后半部把原電池、電解的相關(guān)知識巧妙地融合在一起,使試題表現(xiàn)出了較好的創(chuàng)意。(1)根據(jù)電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑即可得到k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=1:1.13或0.89;(2)抓住除鋇離子要放在除碳酸根離子前即可得到順序關(guān)系:③①②;(3)本題突破口在于B燃料電池這邊,通空氣一邊為正極(還原反應(yīng)),那么左邊必然通H2,這樣Y即為H2;再轉(zhuǎn)到左邊依據(jù)電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式可知唯一未知的X必然為Cl2;A中的NaOH進(jìn)入燃料電池正極再出來,依據(jù)O2+4e-+2H2O=4OH- 可知NaOH濃度增大。

 

答案:(1)k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=1:1.13或0.89(2)③①② (3)①Cl2 H2   a%小于b% ②O2+4e-+2H2O=4OH-     H2-2e-+2OH-=2H2O ③燃料電池可以補(bǔ)充電解池消耗的電能;提高產(chǎn)出堿液的濃度;降低能耗(其他合理答案也可)

 

除此之外,還有09年全國1卷第28題、重慶卷第26題等都是以氯堿工業(yè)知識為題材的,這就啟示我們一定要把氯堿工業(yè)的流程及教材電解飽和食鹽水實(shí)驗(yàn)涉及到的各個知識點(diǎn)要理順、理細(xì),如飽和食鹽水的精制、電解時(shí)的現(xiàn)象、電極產(chǎn)物檢驗(yàn)、物質(zhì)計(jì)算、電極反應(yīng)式及電解反應(yīng)的化學(xué)方程式書寫等知識要清晰才行,避免一帶而過、簡單處理。

 

三、電化學(xué)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識有機(jī)融合

由于電化學(xué)在電極反應(yīng)分析及電極反應(yīng)式等知識中,要涉及到電極材料、電解液中離子等性質(zhì)的分析,因而在電化學(xué)考查中就容易與化學(xué)實(shí)驗(yàn)融合在一起,如電解液的制備、凈化、電極反應(yīng)產(chǎn)物的檢驗(yàn)、電化學(xué)裝置的設(shè)計(jì)等等,這樣就提高了試題的綜合度,利于全面考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識及靈活解答問題能力。在崇尚知識立意、能力考查的命題原則下,相信該類試題將繼續(xù)受到推崇。

 

例3、(09山東).Zn-MnO2干電池應(yīng)用廣泛,其電解質(zhì)溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。

(1)該電池的負(fù)極材料是   。電池工作時(shí),電子流向 。ㄌ睢罢龢O”或“負(fù)極”)。

 

(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2+,會加速某電極的腐蝕.其主要原因是  。欲除去Cu2+,最好選用下列試劑中的   。ㄌ畲枺

a.NaOH        b.Zn    c.Fe       d.NH3·H2O

 

(3)MnO2的生產(chǎn)方法之一是以石墨為電極,電解酸化的MnSO4溶液。陰極的電極反應(yīng)式是:    。若電解電路中通過2mol電子,MnO2的理論產(chǎn)量為    。

 

評析: 這是典型的實(shí)驗(yàn)知識與原電池原理、電解原理相融合的題型,涉及了電極材料分析、電解液凈化及相關(guān)電化學(xué)計(jì)算等內(nèi)容,拓寬了知識的覆蓋面。(1) 失電子的一極為負(fù)極,故 Zn為負(fù)極,電子由此經(jīng)外電路流向正極。(2)鋅與還原出來的Cu構(gòu)成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕,所以應(yīng)選Zn將Cu2+ 置換為單質(zhì)而除去。(3)陰極上得電子而發(fā)生還原反應(yīng), H+得電子生成氫氣。因?yàn)镸nSO4~MnO2~2 e-,通過2 mol電子產(chǎn)生1 mol MnO2,質(zhì)量為87 g。

 

答案:(1)Zn(或鋅) 正極 (2)鋅與還原出來的Cu構(gòu)成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕 b (3)2H++2e-→H2 ,87g

 

除該題之外,還有09全國1卷第28題、09重慶卷第26題等也具有此特點(diǎn),這就啟示我們學(xué)習(xí)時(shí)要把化學(xué)知識作為一個整體來看待,千萬不能割裂各知識點(diǎn)間的聯(lián)系。

 

四、在元素推斷等知識中滲透電化學(xué)內(nèi)容

 

元素推斷、物質(zhì)推斷、氧化還原反應(yīng)、反應(yīng)速率影響等知識也是命題考查的重點(diǎn)內(nèi)容。為了拓展知識考查的寬度,體現(xiàn)學(xué)科知識的密切相關(guān)性,故在該類問題中常設(shè)計(jì)一些簡單的電化學(xué)知識考查,以提高試題的綜合性,但難度不大。

例4、(05北京)X、Y、Z、W為按原子序數(shù)由小到大排列的四種短周期元素。已知:① X可分別與Y、W形成X2Y、X2Y2、XW等共價(jià)化合物;② Z可分別與Y、W形成Z2Y、Z2Y2、ZW等離子化合物。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

請回答:(1)Z2Y的化學(xué)式是                   ;

(2)Z2Y2與X2Y反應(yīng)的化學(xué)方程式是                ;

(3)如圖所示裝置,兩玻璃管中盛滿滴有酚酞的溶液的ZW飽和溶液,C(Ⅰ)、C(Ⅱ)為多孔石墨電極。

接通S1后,C(Ⅰ)附近溶液變紅,兩玻璃管中有氣體生成。一段時(shí)間后(兩玻璃管中液面未脫離電極),斷開S1,接通S2,電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。此時(shí):C(Ⅰ)的電極名稱是        (填寫正極或負(fù)極);C(Ⅱ)的電極反應(yīng)式是               。

(4)銅屑放入稀硫酸不發(fā)生反應(yīng),若在稀硫酸中加入X2Y2,銅屑可逐漸溶解,該反應(yīng)的離子方程式是:                   。

 

評析:本題以元素推斷為載體考查元素周期律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及電化學(xué)等知識,解答關(guān)鍵是根據(jù)題干知識推出X、Y、Z、W代表的元素。在本題中盡管只有1個問題是電化學(xué)內(nèi)容,但它幾乎把電解、原電池的基本原理知識都考查到,體現(xiàn)了高考命題越來越注重知識的綜合考查,利于考查學(xué)生思維的敏捷性、深刻性。(3)中接通S1時(shí)電解氯化鈉飽和溶液,斷開S1、接通S2則是氫氣、氯氣、氫氧化鈉溶液形成的燃料電池。

 

答案:(1)Na2O (2)2Na2O2 +2H2O = 4NaOH + O2↑(3)負(fù)極   Cl2 + 2e—= 2Cl—

(4) Cu + H2O2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O

 

總之,電化學(xué)的命題除在繼續(xù)加強(qiáng)基本知識考查的基礎(chǔ)上,更加注重了試題題材的生活化、實(shí)用化、情景化,同時(shí)也加強(qiáng)了不同知識間的相互滲透與融合,這與新課標(biāo)所倡導(dǎo)的提高國民科學(xué)素養(yǎng)與探究、創(chuàng)新、靈活解決實(shí)際問題的能力極為相符,相信今后的電化學(xué)命題將會有更新穎的形式與題材出現(xiàn)。


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