評析一道2013年高考理綜化學(xué)試題

陳筱勇

摘要：剖析了一道2013年新課標(biāo)高考理綜化學(xué)試卷第28（5）小題的命題意圖，作了該試題解析，并由此得出了相關(guān)的教學(xué)啟示。

關(guān)鍵詞：高考；試題評析；教學(xué)啟示

文章編號(hào)：1005–6629（2014）1–0074–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

題目：2013高考新課標(biāo)[28.（5）]二甲醚直接燃料電池具有啟動(dòng)快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，其能量密度高于甲醇直接燃料電池（5.93 kW·h·kg-1）。若電解質(zhì)為酸性，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為 ，1個(gè)二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以產(chǎn)生 個(gè)e-的電量；該電池的理論輸出電壓為1.20 V，能量密度E= （列式計(jì)算。能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，l kW·h=3.6×106 J）。

1 命題意圖分析

試題考查原電池電極方程式的書寫、化學(xué)計(jì)量在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用以及物理學(xué)中的電學(xué)知識(shí)等等，命題思路新穎，體現(xiàn)了新課標(biāo)的教學(xué)要求，是一道化學(xué)學(xué)科與物理學(xué)科綜合的經(jīng)典案例。目前全國各地的高考理綜試卷，絕大部分試卷是將理、化、生簡單的拼卷，規(guī)定考生在150分鐘內(nèi)完成，沒有實(shí)質(zhì)上的綜合。從簡單的理化生拼卷到實(shí)質(zhì)上的綜合，這才是今后全國各地高考理綜考試卷發(fā)展的必經(jīng)之路[1]。

電池的能量密度源于化學(xué)選修4課本第75頁，教材介紹了電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)：單位質(zhì)量或單位體積的電池所儲(chǔ)存的能量多少，叫能量密度即比能量；單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出功率的多少，叫功率密度即比功率。它們的計(jì)算公式分別為：比能量=電壓×電流×該狀態(tài)下所能持續(xù)放電的時(shí)間/體積（或質(zhì)量）、比功率=最大放電電流×該狀態(tài)下所能持續(xù)放電的時(shí)間/質(zhì)量（或體積）。

例如5號(hào)鎳鎘電池的額定電壓為1.2 V，其容量為800 mAh，則其能量為0.96 Wh（1.2 V×0.8 Ah）。同樣尺寸的5號(hào)鋰-二氧化錳電池的額定電壓為3 V，其容量為1200 mAh，則其能量為3.6 Wh。這兩種電池的體積是相同的，因此鋰-二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的3.75倍。

2 試題解析

由題給的直接燃料電池的能量密度的計(jì)算公式和甲醇直接燃料電池的能量密度（5.93 kW·h·kg-1）得知，試題中二甲醚直接燃料電池的能量密度的計(jì)算只要計(jì)算出1 kg二甲醚輸出的電能即可。

若電解質(zhì)為酸性介質(zhì)如H2SO4溶液，燃燒產(chǎn)物CO2不會(huì)被稀H2SO4吸收，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)的電極方程式為：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+，顯然1個(gè)二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以產(chǎn)生12個(gè)e-的電量；

1 kg二甲醚的物質(zhì)的量n=1000/46 mol，可以產(chǎn)生的1000/46×12×6.02×1023個(gè)e-的電量，1個(gè)e-的電量為1.602×10-19 C。

1 kg二甲醚輸出的電能：W=UIt=Uq=1.20×1000/46×12×6.02×1023×1.602×10-19 J

=3.02×107 J

=3.02×107/3.6×106（kW·h）

=8.39 kW·h

二甲醚直接燃料電池能量密度或比能量E=8.39 kW·h·kg-1

用同樣的方法，通過列式計(jì)算求出甲醇直接燃料電池的理論輸出電壓是多少？

若電解質(zhì)為酸性，甲醇直接燃料電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為：

CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，1個(gè)甲醇分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以轉(zhuǎn)移6個(gè)e-；

1 kg甲醇的物質(zhì)的量n=1000/32 mol，可以轉(zhuǎn)移的1000/32×6×6.02×1023個(gè)e-的電量；

1個(gè)e-的電量是1.602×10-19 C，1 kg二甲醚輸出的電能：

W=UIt=Uq=U×1000/32×6×6.02×1023×1.602×10-19

=1.808×107 U

=1.808×107/3.6×106 U（kW·h·V-1）

=5.02 U（kW·h·V-1）

E=5.93 kW·h·kg-1=5.02 UkW·h·kg-1·V-1

U=1.18 V

若電解質(zhì)為NaOH堿性溶液，甲醇直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為：CH3OH+8OH--6e-=CO3 2-+6H2O，同理也可算出理論輸出電壓是1.18 V；根據(jù)P=W/t，功率可以由電池輸出的電能換算得到，求出比功率。

3 教學(xué)啟示

在人教版教師用書中，幾乎沒有見到能量密度知識(shí)的介紹或拓展內(nèi)容，教輔資料上幾乎看不到關(guān)于比能量、比功率等例題或試題，因此在新課標(biāo)教學(xué)和高考復(fù)習(xí)時(shí)容易被師生忽視。

關(guān)注社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際已成為中學(xué)化學(xué)教育的一個(gè)鮮明特征，新課程教材中更是將“化學(xué)與社會(huì)發(fā)展”內(nèi)容列為一個(gè)重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，因此在高考試題中已經(jīng)或?qū)⒁霈F(xiàn)相應(yīng)的以“化學(xué)、社會(huì)、生活及邊緣交叉科學(xué)”為情境的試題，筆者認(rèn)為這是今后高考理綜試卷命題的“風(fēng)向標(biāo)”。因此，教師應(yīng)該從新課程中挖掘關(guān)于“科學(xué)技術(shù)與社會(huì)發(fā)展”的元素，將化學(xué)知識(shí)的教學(xué)內(nèi)容融入具體社會(huì)現(xiàn)象和解決現(xiàn)實(shí)社會(huì)問題之中，并適時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生去尋找理化生交叉內(nèi)容的潛在考點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉孝元. 2013年全國新課標(biāo)理綜卷I化學(xué)試題“穩(wěn)”“變”“新”[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（7）：54～56.

摘要：剖析了一道2013年新課標(biāo)高考理綜化學(xué)試卷第28（5）小題的命題意圖，作了該試題解析，并由此得出了相關(guān)的教學(xué)啟示。

關(guān)鍵詞：高考；試題評析；教學(xué)啟示

文章編號(hào)：1005–6629（2014）1–0074–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

題目：2013高考新課標(biāo)[28.（5）]二甲醚直接燃料電池具有啟動(dòng)快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，其能量密度高于甲醇直接燃料電池（5.93 kW·h·kg-1）。若電解質(zhì)為酸性，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為 ，1個(gè)二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以產(chǎn)生 個(gè)e-的電量；該電池的理論輸出電壓為1.20 V，能量密度E= （列式計(jì)算。能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，l kW·h=3.6×106 J）。

1 命題意圖分析

試題考查原電池電極方程式的書寫、化學(xué)計(jì)量在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用以及物理學(xué)中的電學(xué)知識(shí)等等，命題思路新穎，體現(xiàn)了新課標(biāo)的教學(xué)要求，是一道化學(xué)學(xué)科與物理學(xué)科綜合的經(jīng)典案例。目前全國各地的高考理綜試卷，絕大部分試卷是將理、化、生簡單的拼卷，規(guī)定考生在150分鐘內(nèi)完成，沒有實(shí)質(zhì)上的綜合。從簡單的理化生拼卷到實(shí)質(zhì)上的綜合，這才是今后全國各地高考理綜考試卷發(fā)展的必經(jīng)之路[1]。

電池的能量密度源于化學(xué)選修4課本第75頁，教材介紹了電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)：單位質(zhì)量或單位體積的電池所儲(chǔ)存的能量多少，叫能量密度即比能量；單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出功率的多少，叫功率密度即比功率。它們的計(jì)算公式分別為：比能量=電壓×電流×該狀態(tài)下所能持續(xù)放電的時(shí)間/體積（或質(zhì)量）、比功率=最大放電電流×該狀態(tài)下所能持續(xù)放電的時(shí)間/質(zhì)量（或體積）。

例如5號(hào)鎳鎘電池的額定電壓為1.2 V，其容量為800 mAh，則其能量為0.96 Wh（1.2 V×0.8 Ah）。同樣尺寸的5號(hào)鋰-二氧化錳電池的額定電壓為3 V，其容量為1200 mAh，則其能量為3.6 Wh。這兩種電池的體積是相同的，因此鋰-二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的3.75倍。

2 試題解析

由題給的直接燃料電池的能量密度的計(jì)算公式和甲醇直接燃料電池的能量密度（5.93 kW·h·kg-1）得知，試題中二甲醚直接燃料電池的能量密度的計(jì)算只要計(jì)算出1 kg二甲醚輸出的電能即可。

若電解質(zhì)為酸性介質(zhì)如H2SO4溶液，燃燒產(chǎn)物CO2不會(huì)被稀H2SO4吸收，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)的電極方程式為：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+，顯然1個(gè)二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以產(chǎn)生12個(gè)e-的電量；

1 kg二甲醚的物質(zhì)的量n=1000/46 mol，可以產(chǎn)生的1000/46×12×6.02×1023個(gè)e-的電量，1個(gè)e-的電量為1.602×10-19 C。

1 kg二甲醚輸出的電能：W=UIt=Uq=1.20×1000/46×12×6.02×1023×1.602×10-19 J

=3.02×107 J

=3.02×107/3.6×106（kW·h）

=8.39 kW·h

二甲醚直接燃料電池能量密度或比能量E=8.39 kW·h·kg-1

用同樣的方法，通過列式計(jì)算求出甲醇直接燃料電池的理論輸出電壓是多少？

若電解質(zhì)為酸性，甲醇直接燃料電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為：

CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，1個(gè)甲醇分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以轉(zhuǎn)移6個(gè)e-；

1 kg甲醇的物質(zhì)的量n=1000/32 mol，可以轉(zhuǎn)移的1000/32×6×6.02×1023個(gè)e-的電量；

1個(gè)e-的電量是1.602×10-19 C，1 kg二甲醚輸出的電能：

W=UIt=Uq=U×1000/32×6×6.02×1023×1.602×10-19

=1.808×107 U

=1.808×107/3.6×106 U（kW·h·V-1）

=5.02 U（kW·h·V-1）

E=5.93 kW·h·kg-1=5.02 UkW·h·kg-1·V-1

U=1.18 V

若電解質(zhì)為NaOH堿性溶液，甲醇直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為：CH3OH+8OH--6e-=CO3 2-+6H2O，同理也可算出理論輸出電壓是1.18 V；根據(jù)P=W/t，功率可以由電池輸出的電能換算得到，求出比功率。

3 教學(xué)啟示

在人教版教師用書中，幾乎沒有見到能量密度知識(shí)的介紹或拓展內(nèi)容，教輔資料上幾乎看不到關(guān)于比能量、比功率等例題或試題，因此在新課標(biāo)教學(xué)和高考復(fù)習(xí)時(shí)容易被師生忽視。

關(guān)注社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際已成為中學(xué)化學(xué)教育的一個(gè)鮮明特征，新課程教材中更是將“化學(xué)與社會(huì)發(fā)展”內(nèi)容列為一個(gè)重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，因此在高考試題中已經(jīng)或?qū)⒁霈F(xiàn)相應(yīng)的以“化學(xué)、社會(huì)、生活及邊緣交叉科學(xué)”為情境的試題，筆者認(rèn)為這是今后高考理綜試卷命題的“風(fēng)向標(biāo)”。因此，教師應(yīng)該從新課程中挖掘關(guān)于“科學(xué)技術(shù)與社會(huì)發(fā)展”的元素，將化學(xué)知識(shí)的教學(xué)內(nèi)容融入具體社會(huì)現(xiàn)象和解決現(xiàn)實(shí)社會(huì)問題之中，并適時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生去尋找理化生交叉內(nèi)容的潛在考點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉孝元. 2013年全國新課標(biāo)理綜卷I化學(xué)試題“穩(wěn)”“變”“新”[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（7）：54～56.

摘要：剖析了一道2013年新課標(biāo)高考理綜化學(xué)試卷第28（5）小題的命題意圖，作了該試題解析，并由此得出了相關(guān)的教學(xué)啟示。

關(guān)鍵詞：高考；試題評析；教學(xué)啟示

文章編號(hào)：1005–6629（2014）1–0074–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

題目：2013高考新課標(biāo)[28.（5）]二甲醚直接燃料電池具有啟動(dòng)快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，其能量密度高于甲醇直接燃料電池（5.93 kW·h·kg-1）。若電解質(zhì)為酸性，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為 ，1個(gè)二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以產(chǎn)生 個(gè)e-的電量；該電池的理論輸出電壓為1.20 V，能量密度E= （列式計(jì)算。能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，l kW·h=3.6×106 J）。

1 命題意圖分析

試題考查原電池電極方程式的書寫、化學(xué)計(jì)量在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用以及物理學(xué)中的電學(xué)知識(shí)等等，命題思路新穎，體現(xiàn)了新課標(biāo)的教學(xué)要求，是一道化學(xué)學(xué)科與物理學(xué)科綜合的經(jīng)典案例。目前全國各地的高考理綜試卷，絕大部分試卷是將理、化、生簡單的拼卷，規(guī)定考生在150分鐘內(nèi)完成，沒有實(shí)質(zhì)上的綜合。從簡單的理化生拼卷到實(shí)質(zhì)上的綜合，這才是今后全國各地高考理綜考試卷發(fā)展的必經(jīng)之路[1]。

電池的能量密度源于化學(xué)選修4課本第75頁，教材介紹了電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)：單位質(zhì)量或單位體積的電池所儲(chǔ)存的能量多少，叫能量密度即比能量；單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出功率的多少，叫功率密度即比功率。它們的計(jì)算公式分別為：比能量=電壓×電流×該狀態(tài)下所能持續(xù)放電的時(shí)間/體積（或質(zhì)量）、比功率=最大放電電流×該狀態(tài)下所能持續(xù)放電的時(shí)間/質(zhì)量（或體積）。

例如5號(hào)鎳鎘電池的額定電壓為1.2 V，其容量為800 mAh，則其能量為0.96 Wh（1.2 V×0.8 Ah）。同樣尺寸的5號(hào)鋰-二氧化錳電池的額定電壓為3 V，其容量為1200 mAh，則其能量為3.6 Wh。這兩種電池的體積是相同的，因此鋰-二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的3.75倍。

2 試題解析

由題給的直接燃料電池的能量密度的計(jì)算公式和甲醇直接燃料電池的能量密度（5.93 kW·h·kg-1）得知，試題中二甲醚直接燃料電池的能量密度的計(jì)算只要計(jì)算出1 kg二甲醚輸出的電能即可。

若電解質(zhì)為酸性介質(zhì)如H2SO4溶液，燃燒產(chǎn)物CO2不會(huì)被稀H2SO4吸收，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)的電極方程式為：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+，顯然1個(gè)二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以產(chǎn)生12個(gè)e-的電量；

1 kg二甲醚的物質(zhì)的量n=1000/46 mol，可以產(chǎn)生的1000/46×12×6.02×1023個(gè)e-的電量，1個(gè)e-的電量為1.602×10-19 C。

1 kg二甲醚輸出的電能：W=UIt=Uq=1.20×1000/46×12×6.02×1023×1.602×10-19 J

=3.02×107 J

=3.02×107/3.6×106（kW·h）

=8.39 kW·h

二甲醚直接燃料電池能量密度或比能量E=8.39 kW·h·kg-1

用同樣的方法，通過列式計(jì)算求出甲醇直接燃料電池的理論輸出電壓是多少？

若電解質(zhì)為酸性，甲醇直接燃料電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為：

CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，1個(gè)甲醇分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以轉(zhuǎn)移6個(gè)e-；

1 kg甲醇的物質(zhì)的量n=1000/32 mol，可以轉(zhuǎn)移的1000/32×6×6.02×1023個(gè)e-的電量；

1個(gè)e-的電量是1.602×10-19 C，1 kg二甲醚輸出的電能：

W=UIt=Uq=U×1000/32×6×6.02×1023×1.602×10-19

=1.808×107 U

=1.808×107/3.6×106 U（kW·h·V-1）

=5.02 U（kW·h·V-1）

E=5.93 kW·h·kg-1=5.02 UkW·h·kg-1·V-1

U=1.18 V

若電解質(zhì)為NaOH堿性溶液，甲醇直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為：CH3OH+8OH--6e-=CO3 2-+6H2O，同理也可算出理論輸出電壓是1.18 V；根據(jù)P=W/t，功率可以由電池輸出的電能換算得到，求出比功率。

3 教學(xué)啟示

在人教版教師用書中，幾乎沒有見到能量密度知識(shí)的介紹或拓展內(nèi)容，教輔資料上幾乎看不到關(guān)于比能量、比功率等例題或試題，因此在新課標(biāo)教學(xué)和高考復(fù)習(xí)時(shí)容易被師生忽視。

關(guān)注社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際已成為中學(xué)化學(xué)教育的一個(gè)鮮明特征，新課程教材中更是將“化學(xué)與社會(huì)發(fā)展”內(nèi)容列為一個(gè)重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，因此在高考試題中已經(jīng)或?qū)⒁霈F(xiàn)相應(yīng)的以“化學(xué)、社會(huì)、生活及邊緣交叉科學(xué)”為情境的試題，筆者認(rèn)為這是今后高考理綜試卷命題的“風(fēng)向標(biāo)”。因此，教師應(yīng)該從新課程中挖掘關(guān)于“科學(xué)技術(shù)與社會(huì)發(fā)展”的元素，將化學(xué)知識(shí)的教學(xué)內(nèi)容融入具體社會(huì)現(xiàn)象和解決現(xiàn)實(shí)社會(huì)問題之中，并適時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生去尋找理化生交叉內(nèi)容的潛在考點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉孝元. 2013年全國新課標(biāo)理綜卷I化學(xué)試題“穩(wěn)”“變”“新”[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（7）：54～56.