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第6讲新型电池和电解原理的应用

一、考向分析

1．课标要求

《普通高中化学课程标准》2020年修订版中，对电化学知识的学业要求为：“能分析、解释原电池和电解池的工作原理，能设计简单的原电池和电解池；能列举常见的化学电源，并利用相关信息分析化学电源的工作原理。”

加强学生对原电池和电解池工作原理的理解，认识电极材料、电极反应、离子导体、电子导体是电化学体系的基本要素，创建对电化学过程的系统分析思路，提升学生对电化学本质的理解。

2．考点统计

卷别

呈现形式

考察元素

考点分布

电极判断

电子、离子移动方向

方程式书写

氧还分析、电解液分析

守恒计算

离子交换膜

反应历程、

结构融合

北京

图文结合

普通锌锰电池

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江苏

图文结合

碱性锌锰电池

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全国甲

图文结合

MnO2-Zn二次电池

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安徽

图文结合

水系锌电池

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新课标

图文结合

葡萄糖电池

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河北

图文结合

Mg-CO2二次电池

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湖北

图文结合

电解合成甘氨酸

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辽宁

图文结合

电解HCHO制H2

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湖南

图文结合

电解合成K4C6N16

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广东

图文结合

电解湿法冶铁

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甘肃

图文结合

固体电解池

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山东

图文结合

电解催化制H2和O2

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贵州

图文结合

光催化污水处理

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3．考向分析

①电子流向、离子流向②电极分析(副反应)及电极反应方程式的书写

③守恒计算、电解液浓度分析等④离子交换膜的应用⑤与反应历程、电催化的融合

二、知识重构

(一)知识梳理

装置(原电池：化学能→电能)

工作原理

电极判断：①电势高低；②电极材料活性；③电子、离子流向

④氧化还原分析(得失电子、价态变化)

电极反应书写：列物质，标得失；看环境，配守恒。

电子流向(电子导体)：负极eq\o(――――――→,\s\up7(导线))正极

电子导体：外电路中通过电子的物质的量n(e-)与恒稳电路中的电流强度IA和通电的时间ts的关系为：n(e-)=Q/Fmol=It/Fmol，式中F为法拉第常量，常取96500C/mol；Q为电量，单位为C。

离子流向(离子导体)：阳离子→正极；阴离子→负极；(盐桥中的离子迁移方向同理)

离子导体：电解质溶液(或熔液或多孔固体电解质)中离子迁移传递电荷，并氧化性强或还原性强的粒子(离子或分子)在两极得失电子，由离子导体转化为电子导体。

离子传递电荷不仅与溶液(或熔液或多孔固体电解质，包括盐桥)电极间的距离有关，而且与离子的电荷有关（与离子的迁移速率一般不予以考虑）。

离子导电和电极上放电是两个不同的概念：离子的导电性与离子浓度、离子的种类（离子的电荷、离子的迁移速率）有关。电极上放电是物质体系中氧化性强或还原性强的粒子（离子或分子）得失电子。例如：惰性电极电解饱和NaCl溶液，Na+只参与溶液的导电，向阴极迁移，结合水在阴极放电后留下的OH-，平衡溶液中的电荷！

2020年全国I卷化学第27(2)题：

电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∝)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择?????作为电解质。

阳离子

u∝×108/(m2·S—1·V—1)

阴离子

u∝×108/(m2·S—1·V—1)

Li+

4.07

HCO3—

4.61

Na+

5.19

NO3—

7.40

Ca2+

6.59

Cl—

7.91

K+

7.62

SO42—

8.27

【解析】根据题给信息：“电迁移率(u∝)应尽可能地相近”的组合有：K+与Cl—或NO3—，Li+与HCO3—。但Li+与HCO3—的电迁移率(u∝)小且可能反应生成Li2CO3，故不宜选用。

Ca2+与SO42—不仅电迁移率(u∝)差较大且CaSO4属微溶物质，故不宜选用。“阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，题给的电解质溶液含有Fe2+和Fe3+（它们的溶液均呈酸性），不能选用含HCO3—和NO3—的盐。综合考虑，只能选用KCl。

盐桥作用：①连接内电路，形成离子通道，构成闭合回路；

②平衡电荷，产生持续稳定的电流。

优点：①物理隔离氧化剂和还原剂，减少副反应的发生，提高能量转化效率。

②减少单液原电池中，电极表面的极化现象，提高电池效率。

极化是指电极表面的离子浓度与溶液主体中的离子浓度之间出现显著差异，导致电极电势的变化。

装置(电解池：电能→化学能)

①电子流向：电源负极→电解池