對一道北京高考電化學試題的實驗驗證和啟示

陳榮聰+王云生+張賢金

摘要：基于中學化學教師對2016年北京高考理綜第12題所述情境真實性的爭議，設計了驗證實驗。依據實驗現象，結合教學實踐分析，探討了該題四個選項的適切性和解答困難的原因。由此指出對高中電化學教學的啟示：注重引導學生正確理解掌握電化學基本原理；提高學生對實驗情境中的現象作出正確解釋及推測的能力。

關鍵詞：北京高考；電化學試題；實驗驗證；試題探析；教學啟示

文章編號：1005–6629（2017）4–0088–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

對2016年北京高考理綜第12題（選擇題）的命題和參考答案[1]，中學化學教師中存在一些爭議。例如，試題的問題情境是否真實？四個選項，符合題意的是選項B還是選項D？試題的要求是否超出現行教材中電化學的教學要求？筆者按照試題所述的實驗情境進行實驗驗證。從觀察到的現象做分析、探討，得到不少啟發(fā)，提出來和同行切磋。

1 高考原題

用石墨電極完成下列電解實驗。

下列對實驗現象的解釋或推測不合理的是（ ）

D.根據實驗一的原理，實驗二中m處能析出銅

（參考答案：B）

2 實驗裝置、操作和現象

筆者按試題提供的情境，進行如表1所示實驗（使用從干電池拆出的碳棒作為石墨電極）。

3 實驗現象分析和結論

（1）依據實驗1～3觀察到的現象，可以確定：題干描述的裝置和相應現象，符合實際，題設的實驗情境是真實的。

（2）實驗2，氯水和pH試紙作用的現象說明“b處變紅，局部褪色”，不能只用該處有Cl2析出來解釋，b處溶液的酸性主要是陽極上有氫氧根離子放電，使氫離子濃度增大。因此，選項B對實驗現象的解釋是不合理的。

（5）實驗3的現象④（石墨陽極上的氣泡和石墨陰極析出暗紅色物質的現象比銅珠的m、n處明顯；m處的現象比n處明顯）與各個串聯(lián)電池的兩個電極（石墨電極與溶液中銅珠兩側）的電勢差大小不同、溶液各部分中離子濃度的不同有關。

（6）石墨陽極在電解酸、堿稀溶液時，有碳粉脫落?？赡苁翘及舻馁|量不佳，由于電解時氧氣析出，雜質氧化使碳棒變得疏松。

4 試題解答困難的原因分析

考生和一些教師在解答或分析試題中發(fā)生的困惑或錯誤主要有：

（1）部分考生不理解試題設置的陌生實驗情境，不明白在電解液中放置的細鐵絲、銅珠起什么作用。不知道電解池的電解液中存在電位差，置于電解液中的導體（如細鐵絲cd）有一定的電勢，它的兩端與對應的石墨電極由于存在電位差，也可以構成電解池。

（2）部分教師和考生，機械地按工業(yè)上電解飽和食鹽水的原理判定Cl-比OH-更容易在陽極放電，判定是Cl-放電產生Cl2，Cl2與水反應生成的鹽酸和次氯酸引起“b處變紅，局部褪色”，認為B項合理。工業(yè)上電解飽和食鹽水是在特定條件下（如電解過程持續(xù)加入飽和食鹽水，使電解池中維持較高的食鹽濃度）進行的，因而Cl-放電先于OH-。按Cl-、OH-的電極電位高低順序，OH-放電優(yōu)先于Cl-。筆者在實驗中雖然是用飽和食鹽水潤濕試紙，但試紙上Cl-的濃度并不高，在陽極上，OH-放電仍然是主要的。

（3）部分考生以為試題圖中所標示的“m”、“n”是分別指兩個銅珠，他們沒有意識到每個銅珠的兩側會成為不同電解池中的極性不同的電極。這部分考生沒有真正理解實驗一的原理，認為實驗二中靠近石墨陽極的銅珠（“n”）是陰極，靠近石墨陰極的銅珠（“m”）是陽極。錯誤地判定銅珠（“m”）會發(fā)生氧化反應而溶解，不可能在m處析出銅，判定選項D的預測是錯誤的。

考生的上述困惑或錯誤，說明他們對電化學反應的認識比較膚淺，停留在感性認識的水平上，沒有形成規(guī)律性的認識，沒有理解問題的本質。他們只記得結論（電解池的兩極，極性不同，分別發(fā)生氧化、還原反應），不理解結論是怎么形成的，對于電解池中所發(fā)生的變化的因果關系缺乏認識。因此，面對比較復雜或陌生情境下的新問題，就難以應對，產生困惑或錯誤。

5 試題對高中電化學教學的啟示

試題讓考生面對比較復雜且陌生的情境，考查他們是否真正理解掌握電化學基本原理，是否具備在新實驗情境中運用所學知識對實驗現象作出正確解釋或推測的能力。試題著眼于考察考生運用所學原理知識，理解、分析、解決問題的能力，測試考生的化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的水平[2，3]。應該說是一道不錯的試題。分析考生解答過程所暴露的問題，反思、改進化學教學，應該是我們分析這道試題的主要目的。

5.1 引導學生真正理解掌握電化學基本原理

從考生對“電位差”“放電能力”理解的缺失，足以反映出教學中部分教師沒有引導學生深入理解概念，過于強調歸納總結、形成記憶的規(guī)律性知識。學生缺乏探查規(guī)律形成的本質原因的習慣，面對新情境下的問題，當然談不上有較高的邏輯思維能力和分析推理能力。例如，原電池的構成條件，要有“兩個活潑性不同的電極”——面對燃料電池以兩個相同的碳棒為電極時，教師就難以自圓其說，匆忙應對；要有“自發(fā)的氧化還原反應”——面對濃差電池、溫差電池時，更是無言以對。電解池中，“放電順序”的過分強調，面對該試題情境下，b處同時有Cl-和OH-放電，考生又難以應對；電解氯化亞鐵溶液實驗，Fe2+在陽極上放電，如果沒有理解陰、陽離子在電極周圍的聚集和離子的定向遷移關系，考生更是百思不得其解。因此，在教學中引導學生深入理解基本原理，透過現象看本質，是極其重要的。

5.2 提高學生新實驗情境中對實驗現象作出正確解釋或推測的能力

“紙上實驗”或淺嘗輒止的實驗教學，學生只能停留在理論和想象實驗的層面，或者停留在記憶的層面，對操作、原理和現象不夠敏感。面對新情境，更無法運用所學知識對實驗現象作出正確解釋或推測。電化學實驗多、裝置簡單、操作容易、現象明顯，適合于學生實驗。典型的電化學實驗，不僅能夠培養(yǎng)學生的實驗動手能力，還可以讓學生在實驗中從不同的角度體驗能量轉化、物質轉化（包括電子的轉移和利用）及電化學的應用價值[4]等。如鋅-銅-稀硫酸電池實驗，透過實驗現象，探析實驗的原理和微觀本質，體驗化學能、熱能到電能的轉化、鹽橋的價值和電流的利用率、從單液電池、雙液電池到含“膜”電池發(fā)展的意義等；如電解氯化銅溶液、電解硫酸鈉溶液實驗，通過分析U型管中溶液顏色變化，探查陰、陽離子在電極周圍的聚集和離子的定向遷移的關系；電解飽和食鹽水實驗，探查“膜”的意義及離子放電順序的本質等。

參考文獻：

[1] 2016年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試理科綜合（北京卷）.

[2]教育部考試中心. 2016年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試大綱[S].北京：高等教育出版社，2015.

[3]教育部考試中心. 2016年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試大綱說明[M].北京：高等教育出版社，2015.

[4]陳榮聰.基于問題構建的高三化學整體教學策略——以高三總復習電化學為例[J].福建基礎教育研究，2015，（11）：74～76.