落实学科核心素养 破解高考试题难点——2019年高考电化学试题解析及解题策略

＞＞＞李长江 于 浩 张英锋

(审稿：于海娟)

(本文责编：白志刚)

随着《普通高中化学课程标准(2017版)》的出台，近几年高考化学试题的考查方式也稳中求变，不断创新，其中电化学内容是每年的必考题目。试题类型延续以往的选择题，在化学反应原理大题中与其他知识一起考查。试题情境来源于生活中的化学电源、研发中的新电池、实验室及生产中的电化学装置。在对基本知识考查的基础上，更加突出对“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”五个方面化学学科核心素养的考查，对考生提出了更高的要求。本文选择了部分2019年高考电化学典型试题进行详细解析。

一、体现“证据推理与模型认知”的核心素养

1.电极的判断及电极反应式的书写

例1.(2019年全国卷Ⅱ第27题节选)(4)环戊二烯可用于制备二茂铁(Fe(C5H5)2，结构简式为)，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。

该电解池的是极为____，总反应为____。电解制备需要在无水条件下进行，原因为___。

解析：需要获得Fe2+，收是极为Fe电极；根据题干信息Fe-2e-=Fe2+，电解液中Na+反应前后不发生变化，所以起到催化剂的作用，使得环戊二烯在阴极得电子生成氢气，与Fe2+结合生成二茂铁，故电极反应式为Fe+2+H2↑；电解必须在无水条件下进行，因为中间产物Na会与水反应生成NaOH和H2，Fe2+与OH-结合生成Fe(OH)2。此题需要根据得失电子判断电解池两极，再根据题中信息找准反应物与产物，最后配平电极反应式。

对于信息题中电极反应式的书写，考生首先要掌握电解池的“模型”：电解池的两个电极是阳极和阴极，阳极失电子发生氧化反应，阴极得电子发生还原反应。然后依据电解池“模型”，结合题中信息分析出电极，确定反应物、生成物和最终产物。同时需要注意，质量守恒：电极反应式两端原子的个数相等；电荷守恒：电极反应式两端的电荷数相同。

2.对原电池、电解池工作原理的考查

例2.(2019年全国卷Ⅲ第13题)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是( )

A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高

B.充电时是极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-=NiOOH(s)+H2O(l)

C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-=ZnO(s)+H2O(l)

D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区

答案：D。

解析：根据题目中提示“利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点”可知，三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，A正确；充电相当于是电解池，是极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知是极是Ni(OH)2，失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-=NiOOH(s)+H2O(l)，B正确；放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，Zn作负极反应生成ZnO，根据总反应式可知负极的电极反应式为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-=ZnO(s)+H2O(l)，C正确；放电时，负极上失电子，电子通过导线到达正极，溶液中OH-阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，故D错误。

要解决题目中的问题，考生首先要掌握原电池、电解池工作原理的“模型”：原电池的负极失电子，电子通过导线到达正极，形成电流，而在电解质溶液中是离子的定向移动形成电流，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；电解池的阳极失电子，电子通过导线到达阴极，形成电流，在电解质溶液中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。解题时要根据原电池、电解池工作原理的“模型”，结合题目中的情境，然后分析选项得出答案。

以上试题侧重考查“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养，要求考生对原电池、电解池的工作“模型”非常熟悉。建议考生复习中要学会构建“模型”，深刻理解“模型”中的相关信息。要能把已建构的“模型”运用到具体的情境中去。这就要求考生在平时加强训练，多接触各种情境，提高阅读能力、提取信息的能力和分析问题解决问题的能力，进而能在具体情境中解决问题。

二、体现“宏观辨识与微观探析”的核心素养

例3.(2019年全国卷Ⅲ第28题，节选)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基拙上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：

负极区发生的反应有____(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气___L(标准状况)。

答案：Fe3++e-=Fe2+、4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；5.6。

解析：根据图示，电解池左侧发生反应Fe3++e-=Fe2+，该反应为还原反应；收图中左侧为负极反应，负极通入氧气后Fe2+被O2氧化成Fe3+，该反应为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O。根据电子守恒及4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O可知，电路中转移4 mol电子消耗1 mol O2，收转移1 mol电子消耗0.25 mol O2，其在标准状况下的体积为：22.4 L/mol×0.25 mol=5.6 L。

本题侧重考查“宏观辨识与微观探析”化学学科核心素养。要求考生将宏观的电流和微观的电子、离子定向移动结合在一起，运用宏微结合的思想解题。因为该电路中各处的电流都是一样的，所以，在电路中定向移动的电子、离子所带的电荷总数也是一样的。考生在平时的复习中，不但要掌握宏观知识，更要理解宏观知识的微观本质。

三、体现“科学态度与社会责任”的核心素养

例4.(江苏卷化学第20题，节选) CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。

(2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。

①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式：____。

②电解一段时间后，是极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是____。

答案：①CO2+H++2e-=HCOO-或 CO2+

②是极产生 O2，pH减小，HCO3-浓度降低；K+部分迁移至阴极区

解析：①电解池的阴极得电子发生还原反应，所以CO2在阴极得电子生成HCOOH，电极反应式为CO2+H++2e-=HCOO-或CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-。②是极失电子发生氧化反应，发生4OH--4e-=O2↑+2H2O反应，消耗H2O中的OH-，H2O中的H+和溶液中的HCO3-发生HCO3-+H+=H2O+CO2↑反应，消耗 HCO3-，所以是极产生 O2，pH减小，HCO3-浓度降低；因为是是离子交换膜，所以溶液中的K+通过是离子交换膜向阴极移动。

例5.(北京理综卷第27题，节选)氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。

(2)可利用太是能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到 H2和 O2。

①制H2时，连接____。产生H2的电极反应式是___。

②改变开关连接方式，可得O2。

③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：___。

答案：①K12H2O+2e-=H2↑+2OH-

③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用。

解析：①电极生成H2时，根据电极放电规律可知H+得到电子变为氢气，这是电解池的阴极反应，因而电极须连接电源的负极作阴极，所以制 H2时，连接 K1，该电池在碱性溶液中，由 H2O提供 H+，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-。③电极 3上 NiOOH 和Ni(OH)2相互转化，其反应式为NiOOH+e-+

H2ONi(OH)2+OH-，当连接 K1时，Ni(OH)2失去电子变为NiOOH，当连接K2时，NiOOH得到电子变为Ni(OH)2，因而作用是连接K1或K2时，电极3分别作为是极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移。

本题侧重考查“科学态度与社会责任”化学学科核心素养。无论是CO2的资源化利用还是氢能的开发利用，都是当今社会的热点问题，而学会分析和解决环保、能源等社会问题，是化学学习的一个重要目标。对社会问题的关注可以增强考生的社会责任感，增强学习化学的动力。考生要想答好这类题目就要做到两点：其一，要关注与化学有关的社会热点问题，平时多搜集相关资料，并总结归类。其二，要对搜集到的问题进行分析处理，不断提高自己分析问题、解决问题的能力。