析錯因 建模型 挖教材 原創(chuàng)題 突破高考化學中電極反應式的考查

周學興 吳 圣

(1.湖南省常德市第一中學;2.湖南師大附中博才實驗中學湘江校區(qū))

電化學試題是高考化學必考題型。通常以學術論文為素材,創(chuàng)造有效問題情境,考查學生信息的吸收、處理、整合能力,試題具有開放性、創(chuàng)新性、應用性等特點,有效發(fā)展了學生證據推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識的學科核心素養(yǎng)。

電極反應式是電化學重要的知識之一,是電化學的化學反應本質。我們要掌握通用方法去解決化學問題,而非機械刷題。而能夠正確書寫電極反應式,便可以輕松解決電化學計算、pH變化、產物或反應物的判斷等問題。

一、常見錯因

筆者以高二、高三學生為研究對象,通過觀察,發(fā)現(xiàn)學生在書寫電極反應式時,常出現(xiàn)審題不清、電極判斷錯誤、電極與得失電子不對應、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)為學生不能從圖示信息、文字信息中迅速判斷出反應物和產物,導致書寫電極反應式錯誤。

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

圖1

( )

(1)電解器中陰極的電極反應式為________________。

【解決策略】認真閱讀圖示和文字信息,關注其中的物質變化情況,視野要看遠一點,不應拘泥于死記硬背的放電順序等必備知識。隨時做好放電的物質為陌生物質或產生的是陌生物質的準備,如O2得電子產生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物質變化時的化合價變化情況。常見錯誤有電極與電子的得失不對應。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

【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)生還原反應生成NH3

D.電池工作時質子通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動

【答案】B

圖3

下列敘述正確的是

( )

B.該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產品

D.當電路中通過1 mol電子的電量時,會有0.5 mol的O2生成

【答案】B

(三)電荷守恒問題

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

(四)物質是否可拆問題

電極反應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。常見可拆的物質有:強酸、強堿、可溶性易電離的鹽。其中鹽類中可拆的物質是最易出錯的,需要加強記憶。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。當然,需要結合題干信息正確處理,比如NaBiO3是沉淀,并不需要強記。

二、應對策略

電極反應式的正確書寫是突破電化學問題的關鍵一環(huán)。筆者從構建基本模型和深入學習教材兩個角度尋求解決方法。

(一)巧用模型突破書寫

通過“三步法”正確書寫電極反應式,其認知模型見圖4。

圖4 “三步法”書寫電極反應式的認知模型

結合常見錯因初步判斷電極反應式的正誤。認知模型見圖5。

圖5 判斷電極反應式正誤的認知模型

(二)巧用教材原創(chuàng)試題

從教材中呈現(xiàn)的電極反應式中發(fā)掘有用信息,助力深入學習。巧用教材提供的素材,創(chuàng)設作業(yè),助力關鍵能力提升。

普通高中教科書2019版化學選擇性必修1《化學反應原理》(下稱“教材”)第四章非作業(yè)部分內容共提供了22個電極反應式,代表了金屬單質為負極的原電池(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,可以用來設計作業(yè)習題。筆者基于教材素材設計了3道試題。

(1)放電時,負極反應式為__________________________________________________。

(2)放電時的正極反應式為__________________________________________________。

【原創(chuàng)試題2】伏打電池的發(fā)明,引發(fā)了化學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。寫出相應的陽極電極反應式__________________________________________________。

圖6

回答下列問題:

(1)X為________極。

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

(3)電解一段時間后,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試題命題的整體思路要求“教學要注重作業(yè)題、練習題減量提質,減少機械刷題。促使教學把教材內容講全講透,提升課堂效果,吸引學生從校外培訓回歸校內課堂,是切實服務‘雙減落地’的重要手段”。

三、結語

分析錯因可以得到努力的方向,通過構建模型,可高效書寫電極反應式,通過創(chuàng)設優(yōu)質作業(yè),從命題的視角提升了對電化學基礎知識的理解。僅是一家之言,囿于能力,恐有不全,未盡事宜敬請見諒。