對(duì)高考試題與教材中電極反應(yīng)書寫形式差異的探討

余曉光

摘要： 對(duì)電解時(shí)有水參與的電極反應(yīng)的書寫形式，在人教版及多種版本高中化學(xué)教材中表示的是水電離出的離子參與反應(yīng)。而在近幾年的高考試題中凡是要求書寫電解時(shí)水參與的電極反應(yīng)式的參考答案全部是以H2O直接放電來(lái)書寫。對(duì)兩種書寫形式的差異產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，同時(shí)也為教師的教學(xué)和高考命題提出合理化建議。

關(guān)鍵詞： 電解; 電極反應(yīng); 高考試題; 教材

文章編號(hào)： 10056629（2020）12008404

中圖分類號(hào)： G6338

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1問題由來(lái)

對(duì)電解時(shí)有水參與的電極反應(yīng)的書寫形式，在人教版高中化學(xué)教材選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》的第四章第3節(jié)[1]中，電解飽和食鹽水時(shí)陰極的電極反應(yīng)書寫為： 2H++2e-H2↑，表示是水電離出的H+參與了反應(yīng)。在不同版本的高中化學(xué)教科書和各種教輔資料中對(duì)電解時(shí)有水參與的電極反應(yīng)的書寫形式，在講解及歸納時(shí)都是以水電離出的H+或OH-參與反應(yīng)來(lái)書寫的。但是在近幾年的高考試題中凡是要求寫電解時(shí)水參與的電極反應(yīng)式的參考答案全部是以H2O直接放電來(lái)書寫的。

下面是近幾年涉及到電解時(shí)水參與的電極反應(yīng)式書寫的高考試題。

例1（2019北京卷27題，節(jié)選）可利用太陽(yáng)能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如下。通過控制開關(guān)連接K1或K2，可交替得到H2和O2。

制H2時(shí)，連接。產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式是。

參考答案： K12H2O+2e-H2↑+2OH-

例2（2018新課標(biāo)Ⅰ卷27題，節(jié)選）制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為。

參考答案： 2H2O-4e-4H++O2↑

例3（2018新課標(biāo)Ⅲ卷27題，節(jié)選）KIO3也可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。

寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式。

參考答案： 2H2O+2e-H2↑+2OH-

例4（2014江蘇卷20題，節(jié)選）將燒堿吸收H2S后的溶液加入到如題20圖1所示的電解池的陽(yáng)極區(qū)進(jìn)行電解。電解過程中陽(yáng)極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng)： S2--2e-S， （n-1）S+S2-S2-n。

寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式： 。

參考答案： 2H2O+2e-H2↑+2OH-

例5（2014新課標(biāo)Ⅰ卷27題，節(jié)選）H3PO2也可用電滲析法制備?！八氖译姖B析法”工作原理如圖所示（陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過）：

寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式。

參考答案： 2H2O-4e-4H++O2↑

電解時(shí)有水參與的電極反應(yīng)式的參考答案無(wú)一例外都以H2O放電來(lái)書寫。并且在2018年湖北和湖南兩省新課標(biāo)Ⅰ卷27題最終的閱卷評(píng)分細(xì)則中提到只能寫H2O放電，寫成OH-放電0分，因?yàn)槭橇蛩岬乃嵝匀芤骸６?018年山東省的閱卷評(píng)分細(xì)則中寫成H2O或OH-放電均給分。而更不可思議的是同樣是湖北省在2014年新課標(biāo)Ⅰ卷27題最終的閱卷評(píng)分細(xì)則中寫成H2O或OH-放電均給分[2]。

高考試題與教材中電極反應(yīng)書寫形式的差異容易給高中教師和學(xué)生的教學(xué)活動(dòng)帶來(lái)困惑并造成干擾。教師按課本教、學(xué)生按課本學(xué)結(jié)果寫出來(lái)的反應(yīng)式卻不能得分。

2教育部考試中心對(duì)參考答案的解釋

教育部考試中心編寫的《高考理科試題分析（2015年版）》[3]中對(duì)2014新課標(biāo)Ⅰ卷27題第（4）小題參考答案的解釋如下。

陽(yáng)極室存在H2O、 SO2-4、 H+與OH-等物質(zhì)。根據(jù)得電子難易程度，OH-優(yōu)先在陽(yáng)極得到電子發(fā)生反應(yīng)：

4OH--4e-2H2O+O2↑

由于陽(yáng)極室的電解質(zhì)為稀硫酸，OH-濃度非常小，故陽(yáng)極的電極反應(yīng)式寫成：

2H2O-4e-4H++O2↑

陰極室存在H2O、 Na+、H+與OH-等物質(zhì)。根據(jù)失電子難易程度，H+優(yōu)先在陰極失去電子發(fā)生反應(yīng)：

2H++2e-H2↑

由于陰極室的電解質(zhì)為NaOH溶液，H+濃度非常小，故陰極的電極反應(yīng)式寫成：

2H2O+2e-H2↑+2OH-

通過以上分析，不難得出陽(yáng)極的電極反應(yīng)書寫的正確答案：

2H2O-4e-4H++O2↑

3大學(xué)化學(xué)類教材或參考書中對(duì)電解時(shí)水參與的電極反應(yīng)的書寫形式

對(duì)電解時(shí)有水參與的電極反應(yīng)的書寫形式的差異應(yīng)該是來(lái)源于大學(xué)化學(xué)類教材對(duì)電極反應(yīng)的書寫形式的不同。筆者翻閱相關(guān)書籍，將各大學(xué)化學(xué)類教材或參考書中對(duì)電解時(shí)水參與的電極反應(yīng)式表述如表1所示。

表1各大學(xué)化學(xué)類教材或參考書中電解時(shí)水參與的電極反應(yīng)式

文獻(xiàn)名（編者.出版社，年： 頁(yè)碼）電解時(shí)水參與的陽(yáng)極電極反應(yīng)式電解時(shí)水參與的陰極電極反應(yīng)式

無(wú)機(jī)化學(xué)（上冊(cè)）（北京師范大學(xué)等.高等教育出版社，2002： 377）2H2O4H++O2↑+4e-2H++2e-H2↑

無(wú)機(jī)化學(xué)（上冊(cè)）（武漢大學(xué)等.高等教育出版社，1994： 462）2H++2e-H2↑

無(wú)機(jī)化學(xué)（上冊(cè)）（宋天佑，程鵬，王杏喬，徐家寧.高等教育出版社，2009： 298）2H2O4H++O2↑+4e-

物理化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)（孫德坤，沈文霞，姚天揚(yáng)，侯文華.高等教育出版社，2008： 471）H2O2H++12O2↑+2e-2H++2e-H2↑

電化學(xué)基礎(chǔ)（高穎，鄔冰.化學(xué)工業(yè)出版社，2004： 216）2H2O4H++O2↑+4e-2H2O+2e-H2↑+2OH-

從上表可看出，這幾本大學(xué)化學(xué)類教材或參考書中對(duì)電解時(shí)水參與的陽(yáng)極電極反應(yīng)式都是H2O放電，但對(duì)于電解時(shí)水參與的陰極電極反應(yīng)式則寫成H+或H2O放電。這就是在中學(xué)教材中電解飽和食鹽水時(shí)陰極的電極反應(yīng)書寫為： 2H++2e-H2↑的根源。

但是在楊文治編著北京大學(xué)出版社出版的《電化學(xué)基礎(chǔ)》中明確說兩種寫法都可以。書中提到電解飽和食鹽水在陰極的鐵/溶液界面上，Na+并不能放電，倒是濃度極小的H+首先在電場(chǎng)作用下放電了，形成氫分子逸出： 2H++2e-H2↑。在堿性溶液中H+很少，故H2O直接放電： 2H2O+2e-2OH-+H2↑，從熱力學(xué)的角度，其效果與H+放電是一樣的，在不涉及電極反應(yīng)機(jī)理時(shí)，以下討論都采用H+放電的表達(dá)式。

而楊綺琴、方北龍、童葉翔編著中山大學(xué)出版社出版的《應(yīng)用電化學(xué)》卻根據(jù)氫在陰極析出的反應(yīng)歷程和氧在陽(yáng)極析出的反應(yīng)歷程明確提出水放電時(shí)電極反應(yīng)式中反應(yīng)物要寫成H2O。書中提到電解水工業(yè)中氫析出反應(yīng)若在堿性溶液中，不是H3O+還原，而是H2O還原。在酸性溶液中氧析出反應(yīng)為： 2H2O4H++O2↑+4e-，在堿性溶液中氧析出反應(yīng)為： 4OH-2H2O+O2↑+4e-。

4教學(xué)思考

從各大學(xué)化學(xué)類教材或參考書中對(duì)電解時(shí)水參與的電極反應(yīng)的書寫形式可以看出，無(wú)論是寫成離子放電或是水放電都是可以的。但高考試題與中學(xué)教材中電極反應(yīng)書寫形式差異確實(shí)給高中教師和學(xué)生的教學(xué)活動(dòng)造成了干擾。那么在教學(xué)中如何盡可能排除這種干擾，既能讓學(xué)生容易理解和接受，又能在高考中不失分。

若按中學(xué)教材中的書寫方式，電解飽和食鹽水時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)： 2Cl--2e-Cl2↑，陰極反應(yīng)： 2H++2e-H2↑，則兩極反應(yīng)直接相加的離子方程式為2H++2Cl-電解H2↑+Cl2↑。這就讓我們?cè)诮虒W(xué)過程中要向?qū)W生反復(fù)強(qiáng)調(diào)當(dāng)水參與電極反應(yīng)時(shí)，書寫總反應(yīng)的離子方程式時(shí)H2O要保留化學(xué)式，不能將兩極反應(yīng)式直接相加。學(xué)生很難理解為什么將兩個(gè)半反應(yīng)疊加不能得到正確的總反應(yīng)式。另外，這種寫法從電極反應(yīng)無(wú)法直觀地看出電解飽和食鹽水時(shí)陰極區(qū)同時(shí)生成H2和NaOH。若是將陰極電極反應(yīng)式寫成2H2O+2e-H2↑+2OH-，則兩極反應(yīng)直接相加的離子方程式為2Cl-+2H2O電解H2↑+Cl2↑+2OH-。也能直接從陰極電極反應(yīng)式看出H2和NaOH是同時(shí)在陰極產(chǎn)生的。

以此類推，凡是有水參與的電極反應(yīng)均寫成H2O放電的形式，歸納用惰性電極電解電解質(zhì)溶液時(shí)有水參與的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式如表2所示。

當(dāng)然，如果高考試題的參考答案能夠根據(jù)高中教材及教學(xué)的實(shí)際情況，將電解時(shí)有水參與的電極反應(yīng)式的參考答案寫成兩種（H2O放電或離子放電）就更好了。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋心琦主編. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理[M]. 北京： 人民教育出版社， 2007： 81.

[2]連國(guó)華， 張神排. 2014年湖北高考理科綜合（化學(xué)部分）評(píng)分細(xì)則[J]. 理科考試研究， 2015， （5）： 38.

[3]教育部考試中心. 高考理科試題分析（2015年版）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2015： 400.