周學(xué)興 吳 圣

(1.湖南省常德市第一中學(xué);2.湖南師大附中博才實(shí)驗(yàn)中學(xué)湘江校區(qū))

電化學(xué)試題是高考化學(xué)必考題型。通常以學(xué)術(shù)論文為素材,創(chuàng)造有效問題情境,考查學(xué)生信息的吸收、處理、整合能力,試題具有開放性、創(chuàng)新性、應(yīng)用性等特點(diǎn),有效發(fā)展了學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)。

電極反應(yīng)式是電化學(xué)重要的知識(shí)之一,是電化學(xué)的化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)。我們要掌握通用方法去解決化學(xué)問題,而非機(jī)械刷題。而能夠正確書寫電極反應(yīng)式,便可以輕松解決電化學(xué)計(jì)算、pH變化、產(chǎn)物或反應(yīng)物的判斷等問題。

一、常見錯(cuò)因

筆者以高二、高三學(xué)生為研究對(duì)象,通過觀察,發(fā)現(xiàn)學(xué)生在書寫電極反應(yīng)式時(shí),常出現(xiàn)審題不清、電極判斷錯(cuò)誤、電極與得失電子不對(duì)應(yīng)、電荷或原子不守恒、混淆原電池與電解池、混淆可拆與不可拆等問題。

(一)審題不清

審題不清,主要體現(xiàn)為學(xué)生不能從圖示信息、文字信息中迅速判斷出反應(yīng)物和產(chǎn)物,導(dǎo)致書寫電極反應(yīng)式錯(cuò)誤。

【例1】水銀法電解食鹽水是氯堿工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的重要里程碑,以制得堿液純度高、質(zhì)量好而著稱,其生產(chǎn)原理示意圖如圖1。下列說法不正確的是

圖1

( )

(1)電解器中陰極的電極反應(yīng)式為________________。

【解決策略】認(rèn)真閱讀圖示和文字信息,關(guān)注其中的物質(zhì)變化情況,視野要看遠(yuǎn)一點(diǎn),不應(yīng)拘泥于死記硬背的放電順序等必備知識(shí)。隨時(shí)做好放電的物質(zhì)為陌生物質(zhì)或產(chǎn)生的是陌生物質(zhì)的準(zhǔn)備,如O2得電子產(chǎn)生H2O2等。

(二)電極類型的誤區(qū)

判斷電極類型最重要的方法是根據(jù)物質(zhì)變化時(shí)的化合價(jià)變化情況。常見錯(cuò)誤有電極與電子的得失不對(duì)應(yīng)。常見判斷電極類型的方法見表1。

表1 常見電極類型的判斷依據(jù)

【例2】(2019年全國Ⅰ卷,12題)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成,電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子,示意圖如圖2所示。下列說法錯(cuò)誤的是

圖2

( )

A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法條件溫和,同時(shí)還可提供電能

C.正極區(qū),固氮酶為催化劑,N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3

D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)

【答案】B

圖3

下列敘述正確的是

( )

B.該法在處理含Na2SO4廢水時(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品

D.當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時(shí),會(huì)有0.5 mol的O2生成

【答案】B

(三)電荷守恒問題

書寫電極反應(yīng)式時(shí),要注意電荷是否守恒,常出現(xiàn)用錯(cuò)誤離子補(bǔ)平電荷、電荷種類不分等情況。

(四)物質(zhì)是否可拆問題

電極反應(yīng)式一般要求書寫離子方程式,常出現(xiàn)該拆不拆,不可拆卻拆的現(xiàn)象。常見可拆的物質(zhì)有:強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、可溶性易電離的鹽。其中鹽類中可拆的物質(zhì)是最易出錯(cuò)的,需要加強(qiáng)記憶。比如鉀鹽、鈉鹽、硝酸鹽、銨鹽一般是可拆的,如Na2FeO4、K2Zn(OH)4、K2FeO4、(NH4)2S2O8等。當(dāng)然,需要結(jié)合題干信息正確處理,比如NaBiO3是沉淀,并不需要強(qiáng)記。

二、應(yīng)對(duì)策略

電極反應(yīng)式的正確書寫是突破電化學(xué)問題的關(guān)鍵一環(huán)。筆者從構(gòu)建基本模型和深入學(xué)習(xí)教材兩個(gè)角度尋求解決方法。

(一)巧用模型突破書寫

通過“三步法”正確書寫電極反應(yīng)式,其認(rèn)知模型見圖4。

圖4 “三步法”書寫電極反應(yīng)式的認(rèn)知模型

結(jié)合常見錯(cuò)因初步判斷電極反應(yīng)式的正誤。認(rèn)知模型見圖5。

圖5 判斷電極反應(yīng)式正誤的認(rèn)知模型

(二)巧用教材原創(chuàng)試題

從教材中呈現(xiàn)的電極反應(yīng)式中發(fā)掘有用信息,助力深入學(xué)習(xí)。巧用教材提供的素材,創(chuàng)設(shè)作業(yè),助力關(guān)鍵能力提升。

普通高中教科書2019版化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》(下稱“教材”)第四章非作業(yè)部分內(nèi)容共提供了22個(gè)電極反應(yīng)式,代表了金屬單質(zhì)為負(fù)極的原電池(如鋅錳干電池、鉛蓄電池)、鋰離子電池、燃料電池、電解池(氯化銅溶液、氯化鈉溶液、冶煉金屬)等。

教材中提供了許多素材,可以用來設(shè)計(jì)作業(yè)習(xí)題。筆者基于教材素材設(shè)計(jì)了3道試題。

(1)放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)式為__________________________________________________。

(2)放電時(shí)的正極反應(yīng)式為__________________________________________________。

【原創(chuàng)試題2】伏打電池的發(fā)明,引發(fā)了化學(xué)家利用電解方法研究元素的興趣。1807年,戴維電解熔融碳酸鈉、熔融碳酸鉀分別制得Na、K。寫出相應(yīng)的陽極電極反應(yīng)式__________________________________________________。

圖6

回答下列問題:

(1)X為________極。

(2)寫出Y極的電極反應(yīng)式__________________________________________________。

(3)電解一段時(shí)間后,X極區(qū)溶液的pH________(填“變大” “變小”或“不變”)。

教育部考試中心指出高考化學(xué)試題命題的整體思路要求“教學(xué)要注重作業(yè)題、練習(xí)題減量提質(zhì),減少機(jī)械刷題。促使教學(xué)把教材內(nèi)容講全講透,提升課堂效果,吸引學(xué)生從校外培訓(xùn)回歸校內(nèi)課堂,是切實(shí)服務(wù)‘雙減落地’的重要手段”。

三、結(jié)語

分析錯(cuò)因可以得到努力的方向,通過構(gòu)建模型,可高效書寫電極反應(yīng)式,通過創(chuàng)設(shè)優(yōu)質(zhì)作業(yè),從命題的視角提升了對(duì)電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的理解。僅是一家之言,囿于能力,恐有不全,未盡事宜敬請(qǐng)見諒。