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巧用“加减法”解电化学高考试题

2014-09-22周洪林

中学教学参考·理科版 2014年8期
关键词:标准状况反应式加减法

周洪林

如果已知电池反应的两个电极反应式,则它们相加就是电池总反应式。反之,如果已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,用总反应式减去较易写出的电极反应式,即得到较难写出的电极反应式,这就是所谓的“加减法”。

分析近年的高考试题,如能灵活运用“加减法”,一些较难的试题就可以迎刃而解,达到事半功倍的效果。应用“加减法”可以使学生在做同类题时,达到快速解题并巩固知识的目的;同时使学生懂得任何事物都是有规律可循的,逐渐学会如何去发现规律、运用规律。

下面就结合近几年的高考试题来说明“加减法”在解答电化学试题中的应用。

【例1】(2010·浙江卷)Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为:2Li++FeS+2e-=Li2S+Fe。有关该电池的下列说法中,正确的是()。

A.Li-Al在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1价

B.该电池的电池反应式为:2Li+FeS=Li2S+Fe

C.负极的电极反应式为:Al-3e-=Al3+

D.充电时,阴极发生的电极反应式为:Li2S+Fe-2e-=2Li++FeS

解析:试题给出了两个电极材料和正极的电极反应,显然负极材料应为锂放电,则负极反应式为:Li-e-=Li+,则A与C项错误;根据电池总反应式为两极反应式之和,则把正负两极的电极反应式直接相加即可得总反应式,但是要注意,根据电子守恒,两个电极转移的电子数要相等。

正极反应式为:2Li++FeS+2e-=Li2S+Fe①

负极反应式为:Li-e-=Li+②

电池总反应式为:①+②×2,即得2Li+FeS=Li2S+Fe

由以上分析可知,B项正确;充电是发生电解池反应,阴极应发生还原反应,则D项错误。

【例2】(2009·江苏卷)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()。

A.该电池能够在高温下工作

B.电池的负极反应为:

C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+

C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移

D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下的CO2气体22.416L

解析:A项,高温条件下微生物会变性,所以A错。C项,根据原电池中阴离子移向负极,阳离子移向正极的规律可知,C错。燃料电池的负极反应一般较难写出,而正极反应和电池总反应却较易写出。用电池总反应减去正极反应可得负极反应,这是写负极反应式的一种巧妙方法,即所谓的“减法”。

电池总反应式为:

C6H12O6+6O2=6CO2↑+6H2O①

正极反应式为:O2+4H++4e-=4OH-②

负极反应式应为:①-②×6,即得C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+

由以上分析得B正确。D的判断可结合电池总反应式C6H12O6+6O2=6CO2↑+6H2O,每消耗1mol氧气,理论上能生成1molCO2气体,标准状况下其体积为22.4L,D错误。

【例3】(2008·山东卷)以丙烷为燃料制作新型燃料电池,电池的正极通入O2和CO2,负极通入丙烷,电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为;负极反应式为。

解析:此题中,电解质为熔融碳酸盐,不会与C3H8的燃烧产物CO2和H2O发生反应,所以

电池总应式为:C3H8+5O2=3CO2+4H2O①

正极反应式为:O2+2CO2+4e-=2CO2-3②

负极反应式为:①-②×5,得C3H8+10CO2-3-20e-=13CO2+4H2O

燃料电池的正极反应是O2放电,比较容易写出正极反应,所以先写正极反应,再写负极反应;正极反应中,氧气获得电子以后变成负二价的氧,不能单独存在,只能结合CO2生成CO2-3。

综上所述,在书写较复杂的电极反应式时,可先写出较简单的电极反应式,结合总反应式,运用减法来解答;如果知道两极反应,可运用加法来求总反应式。

(责任编辑罗艳)endprint

如果已知电池反应的两个电极反应式,则它们相加就是电池总反应式。反之,如果已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,用总反应式减去较易写出的电极反应式,即得到较难写出的电极反应式,这就是所谓的“加减法”。

分析近年的高考试题,如能灵活运用“加减法”,一些较难的试题就可以迎刃而解,达到事半功倍的效果。应用“加减法”可以使学生在做同类题时,达到快速解题并巩固知识的目的;同时使学生懂得任何事物都是有规律可循的,逐渐学会如何去发现规律、运用规律。

下面就结合近几年的高考试题来说明“加减法”在解答电化学试题中的应用。

【例1】(2010·浙江卷)Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为:2Li++FeS+2e-=Li2S+Fe。有关该电池的下列说法中,正确的是()。

A.Li-Al在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1价

B.该电池的电池反应式为:2Li+FeS=Li2S+Fe

C.负极的电极反应式为:Al-3e-=Al3+

D.充电时,阴极发生的电极反应式为:Li2S+Fe-2e-=2Li++FeS

解析:试题给出了两个电极材料和正极的电极反应,显然负极材料应为锂放电,则负极反应式为:Li-e-=Li+,则A与C项错误;根据电池总反应式为两极反应式之和,则把正负两极的电极反应式直接相加即可得总反应式,但是要注意,根据电子守恒,两个电极转移的电子数要相等。

正极反应式为:2Li++FeS+2e-=Li2S+Fe①

负极反应式为:Li-e-=Li+②

电池总反应式为:①+②×2,即得2Li+FeS=Li2S+Fe

由以上分析可知,B项正确;充电是发生电解池反应,阴极应发生还原反应,则D项错误。

【例2】(2009·江苏卷)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()。

A.该电池能够在高温下工作

B.电池的负极反应为:

C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+

C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移

D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下的CO2气体22.416L

解析:A项,高温条件下微生物会变性,所以A错。C项,根据原电池中阴离子移向负极,阳离子移向正极的规律可知,C错。燃料电池的负极反应一般较难写出,而正极反应和电池总反应却较易写出。用电池总反应减去正极反应可得负极反应,这是写负极反应式的一种巧妙方法,即所谓的“减法”。

电池总反应式为:

C6H12O6+6O2=6CO2↑+6H2O①

正极反应式为:O2+4H++4e-=4OH-②

负极反应式应为:①-②×6,即得C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+

由以上分析得B正确。D的判断可结合电池总反应式C6H12O6+6O2=6CO2↑+6H2O,每消耗1mol氧气,理论上能生成1molCO2气体,标准状况下其体积为22.4L,D错误。

【例3】(2008·山东卷)以丙烷为燃料制作新型燃料电池,电池的正极通入O2和CO2,负极通入丙烷,电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为;负极反应式为。

解析:此题中,电解质为熔融碳酸盐,不会与C3H8的燃烧产物CO2和H2O发生反应,所以

电池总应式为:C3H8+5O2=3CO2+4H2O①

正极反应式为:O2+2CO2+4e-=2CO2-3②

负极反应式为:①-②×5,得C3H8+10CO2-3-20e-=13CO2+4H2O

燃料电池的正极反应是O2放电,比较容易写出正极反应,所以先写正极反应,再写负极反应;正极反应中,氧气获得电子以后变成负二价的氧,不能单独存在,只能结合CO2生成CO2-3。

综上所述,在书写较复杂的电极反应式时,可先写出较简单的电极反应式,结合总反应式,运用减法来解答;如果知道两极反应,可运用加法来求总反应式。

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如果已知电池反应的两个电极反应式,则它们相加就是电池总反应式。反之,如果已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,用总反应式减去较易写出的电极反应式,即得到较难写出的电极反应式,这就是所谓的“加减法”。

分析近年的高考试题,如能灵活运用“加减法”,一些较难的试题就可以迎刃而解,达到事半功倍的效果。应用“加减法”可以使学生在做同类题时,达到快速解题并巩固知识的目的;同时使学生懂得任何事物都是有规律可循的,逐渐学会如何去发现规律、运用规律。

下面就结合近几年的高考试题来说明“加减法”在解答电化学试题中的应用。

【例1】(2010·浙江卷)Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为:2Li++FeS+2e-=Li2S+Fe。有关该电池的下列说法中,正确的是()。

A.Li-Al在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1价

B.该电池的电池反应式为:2Li+FeS=Li2S+Fe

C.负极的电极反应式为:Al-3e-=Al3+

D.充电时,阴极发生的电极反应式为:Li2S+Fe-2e-=2Li++FeS

解析:试题给出了两个电极材料和正极的电极反应,显然负极材料应为锂放电,则负极反应式为:Li-e-=Li+,则A与C项错误;根据电池总反应式为两极反应式之和,则把正负两极的电极反应式直接相加即可得总反应式,但是要注意,根据电子守恒,两个电极转移的电子数要相等。

正极反应式为:2Li++FeS+2e-=Li2S+Fe①

负极反应式为:Li-e-=Li+②

电池总反应式为:①+②×2,即得2Li+FeS=Li2S+Fe

由以上分析可知,B项正确;充电是发生电解池反应,阴极应发生还原反应,则D项错误。

【例2】(2009·江苏卷)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()。

A.该电池能够在高温下工作

B.电池的负极反应为:

C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+

C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移

D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下的CO2气体22.416L

解析:A项,高温条件下微生物会变性,所以A错。C项,根据原电池中阴离子移向负极,阳离子移向正极的规律可知,C错。燃料电池的负极反应一般较难写出,而正极反应和电池总反应却较易写出。用电池总反应减去正极反应可得负极反应,这是写负极反应式的一种巧妙方法,即所谓的“减法”。

电池总反应式为:

C6H12O6+6O2=6CO2↑+6H2O①

正极反应式为:O2+4H++4e-=4OH-②

负极反应式应为:①-②×6,即得C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+

由以上分析得B正确。D的判断可结合电池总反应式C6H12O6+6O2=6CO2↑+6H2O,每消耗1mol氧气,理论上能生成1molCO2气体,标准状况下其体积为22.4L,D错误。

【例3】(2008·山东卷)以丙烷为燃料制作新型燃料电池,电池的正极通入O2和CO2,负极通入丙烷,电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为;负极反应式为。

解析:此题中,电解质为熔融碳酸盐,不会与C3H8的燃烧产物CO2和H2O发生反应,所以

电池总应式为:C3H8+5O2=3CO2+4H2O①

正极反应式为:O2+2CO2+4e-=2CO2-3②

负极反应式为:①-②×5,得C3H8+10CO2-3-20e-=13CO2+4H2O

燃料电池的正极反应是O2放电,比较容易写出正极反应,所以先写正极反应,再写负极反应;正极反应中,氧气获得电子以后变成负二价的氧,不能单独存在,只能结合CO2生成CO2-3。

综上所述,在书写较复杂的电极反应式时,可先写出较简单的电极反应式,结合总反应式,运用减法来解答;如果知道两极反应,可运用加法来求总反应式。

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