电化学是CCC当中的基础考点和重点,每年稳定的考察一题。其知识内容对化学素质的综合掌握要求比较高。往往在题目中带有大段的叙述或者计算,再结合图像,这就提升了题目难度。
因此除了扎实的基本原理,熟稔的二级结论能够帮助我们又快又好的做题。本文将从电化学基本原理说明若干有用的推论,并结合真题来观测二级结论的运用。
电化学考察可以总的分为两大模块:电池的构造原理,电极电势的理解和计算;两部分的占比大概是一比二,后者考试平均占比更高。
(一)电池的构造和微观过程
以原电池(voltaic cell)为基础,电解池(electrolytic cell)为提高,电池起码包含的部件和其对应的化学原理要求掌握的极其细致,并且每一部分都需要用化学语言描述。
以voltaic cell为例,一个能运行的电池起码包含:两个电极(electrode)用导线相连、电解质(electrolyte,水溶液或者熔融盐)、相对分隔的电极区并用盐桥(salt bridge)或者半透膜(semipermeable membrane)相连保证闭合回路、氧化还原反应(redox reaction,原电池自发,电解池非自发)。
以2022年18题为例,完整的考察了整个电池的构造和运作
左侧的Mg失电子为负极,右侧的铜离子得电子为正极,因此电子在导线中从左到右,B、D正确;
左侧Mg失电子变成阳离子,左侧溶液正电量增加,盐桥中应该是阴离子迁移到左侧平衡电荷。C错误;
左侧Mg失电子为离子溶解在溶液中,电极棒质量减少(但并不是转移到正极,而是溶解在溶液中)。
同样全面考察电池构造和各位置行为的还有2016年第22题:
由上图可知考察点依然是:正负电极的判断、外电路电子流向,电解质/盐桥当中的离子流向、正负电极的质量变化。
(二)电极电势的理解和计算
1.知识点要点
标准电极电势都是按照的电子给出,因此也叫标准还原电势;
Cell potential=正极标准还原电势-负极标准还原电势;
用标准电极电势计算cell potential时不管系数,只做减法;
标准电极电势越大说明该得电子过程趋势越大,反之金属越不易失电子,金属活动性弱;
Cell potential大于0的电池是自发的氧化还原反应。
2.考法
基础考察方式比如2019年11题,多个反应推算陌生反应的cell potential,分别列出不同cell potential的计算式或者凑总反应即可。
更为综合的考察方式就是把electrode potential跟氧化还原原理以及物质活性结合比如2020年第15题。
更为综合和复杂的是利用electrode potential来比较电解池中的放电顺序。比如2018年21题,因为得电子中水得电子的electrode potential最大,所以cathode水反应反应;
而在存在的能失去电子的物质上,考虑到给出的都是按照得电子来写的reduction potential,因此electrode potential越大的越难以失电子,在anode表面仍然是水分子放电失电子。
(三)电化学二级结论总结
Cathode得电子,anode失电子(正得负失);
电路中永远cathode连接anode,anode连接cathode(有得有失,得失守恒);
正还原,负氧化(cathode发生还原反应,anode发生氧化反应);
外电路电子从负极到正极;
正正负负(阳离子迁移去正极cathode,阴离子迁移去负极anode);
电极电势正减负(cell potential=正极标准还原电势-负极标准还原电势);
标准还原电势越大的金属活动性越差;
水溶液电解小心水(在水溶液中水本身可能作为cathode/anode反应物出现)。
本文作者
TD福利
为了同学们顺利备考化学竞赛,不为刷题而烦忧,TD为大家准备了CCC加拿大化学竞赛2014-2023年真题免费分享给大家,同学们可以扫描下方二维码,添加TD小马甲,发送暗号「CCC」即可领取~
此外,TD还为大家准备了【CCC化学竞赛精选真题集】,从近7年的真题当中选出20道经典题目,帮助同学们了解CCC化学竞赛的考试内容和对应的出题方式。同学们可以扫描下方二维码,添加TD小马甲,发送暗号「CCC宝典」即可领取~