基础与综合兼顾，应用中考查创新

张思佩 孟凡盛

高考电化学试题通过精选有机电化学合成、真实电化学装置和新型离子交换膜电解槽等内容，既落实了“基础性、综合性、应用性、创新性”的新高考命题要求，又很好地考查了学生在新情境中提取信息，结合已有知识解决实际问题的化学核心素养。本文依托2021年高考电化学真题，分析了命题新趋势，为2022年高考电化学模块的复习备考提出了一些建议，希望对同学们有所帮助。

一、精选有机电化学合成，体现“无机”与“有机”相结合的综合性命题趋势

有机电化学合成是用电化学的方法进行有机合成的技术，通过有机分子或催化媒质在“电极/溶液”界面上的电荷传递、电能与化学能相互转化实现旧键断裂和新键形成。有机电化学合成具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点。利用有机电化学合成设计试题能充分体现“无机”与“有机”相结合的新趋势。

【例1】（2021年高考辽宁卷第13题）利用OO（Q）与HOOH（QH2）电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图1所示。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是（ ）

【分析】读图知，M极的OO（Q）加氢还原为HO OH（QH2），故M极为阴极，电极反应为：OO（Q）+2H2O+2e-=HO OH（QH2）+2OH-，与M极相连的电源a为负极，电源b为正极，则N极为电解池的阳极，电极反应为：HO OH（QH2）-2e-=OO+2H+。

由分析知，a為电源负极，故A正确;根据分析中阴极和阳极的电极反应，电子守恒时阴极消耗的Q与阳极生成的Q相等，溶液中Q的物质的量保持不变，故B正确;整个过程中CO2未被还原，CO2与M极生成的OH-发生反应生成HCO3-：CO2+OH-=HCO3-，故C错误;HCO3-与 N极上生成的H+反应放出CO2：HCO3-+H+=H2O+CO2↑，故分离出的CO2从出口2排出，故D正确。

【答案】C

【备考启示】重视有机官能团转化过程中的氧化、还原反应，据此快速准确判断电极名称。例如，题中羰基转化为羟基，属于加氢过程，是还原反应，故可快速判断出左侧的M极是电解池的阴极。类似的有机转化还有：羟基转化为醛基或羰基、醛基转化为羧基等去氢或加氧过程是氧化反应，应该在电解池的阳极表面发生;醛基或羰基转化为羟基、硝基转化为氨基等加氢或去氧过程是还原反应，应该在电解池的阴极表面发生。

二、精选多种真实电化学装置，落实化学学科核心素养为导向的命题框架

新课程标准要求高考命题必须准确把握“核心素养”“真实情境”“实际问题”和“化学知识”四个要素在命题中的定位与相互联系，构建以化学学科核心素养为导向的命题框架（如图2）：

例如，全国乙卷的“管道口设置一对惰性电极图”、湖南卷的“三单体串联锌溴液流电池工作原理图”、辽宁卷的“某液态金属储能电池图”、浙江卷的“某全固态薄膜锂离子电池截面结构图”，真实的电化学装置图既能在命题形式上起到推陈出新的效果，又能更好地评价学生在新情境中提取有效信息的化学学科核心素养以及学业质量标准的达成程度，同时还能让学生身临其境地感受化学在人类发展过程中的巨大作用。

【例2】（2021年辽宁卷第10题）如图3所示，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是（ ）

【分析】由题干信息可知，放电时，由于M极上Li比Ni更活泼，也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼，故M极为电池负极，电极反应为：Li-e-=Li+;N极为电池正极，电极反应为：Bi+3e-+3Li+=Li3Bi。

放电时，M极液态锂失去电子被氧化为Li+：Li-e-=Li+，故A错误;电池放电时，电解质中的阳离子移向正极，即Li+由M电极（负极）向N电极（正极）移动，故B正确;由二次电池的原理可知，充电时M电极的反应是放电时M电极反应的逆过程：Li++e-=Li，故电极质量增大，故C错误;充电时，N电极反应是放电时N电极反应的逆过程：Li3Bi-3e-=3Li++Bi，故D错误。

【答案】B

【备考启示】（1）同学们在备考时需要熟练掌握的必备知识是电极名称：放电时，电池的电极一般叫正极或负极;充电时，电池正极与外接直流电源正极相连作电解池的阳极，电池负极与外接直流电源负极相连作电解池的阴极。

（2）对于可充电电池（二次电池），充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，例如铅酸蓄电池充电、放电电极反应列表比较如下：

充电 放电

阳极反应：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+ 4H++SO42- 正极反应：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O

阴极反应：PbSO4+2e-=Pb+SO42- 负极反应：Pb+SO42--2e-=PbSO4

电池总反应：2PbSO4+2H2OPbO2+ Pb+4H++SO42-

三、精选离子交换膜电解槽，考查模型认知和证据推理过程中的创新思维

离子交换膜将电解槽发生还原反应的阴极室和发生氧化反应的阳极室分开，避免了副反应的发生，提高了电解效率。

【例3】（2021年湖北卷第15题）Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图4所示，下列说法错误的是（ ）

【解析】根据右侧电极上生成H2推知，右侧电极上发生放氢生碱的还原反应：4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，右侧电极为阴极。根据左侧电极上生成O2推知，左侧电极上发生放氧生酸的氧化反应：2H2O-4e-=4H++O2↑，左侧电极为阳极。一般情况中，在电场作用下，阳离子（H+）定向移动至阴极;但在本题中，若氢离子通过离子交换膜定向移动至阴极室，阳极室氢离子浓度不能增大，重铬酸根离子就不能转化为目标产物CrO3。考生应认识到应该是阳极室的钠离子定向移动，通过离子交换膜进入阴极室。

由题意知，左室中Na2Cr2O7随着H+浓度增大转化为CrO3：Cr2O72-+2H+=2CrO3+H2O，因此阳极生成的H+不能通过离子交换膜，通过离子交换膜的是Na+，故A错误。阴极发生的电极反应为4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，结合阳极反应方程式，可知生成的O2与H2的物质的量之比为1∶2，质量比为8∶1，故B正确。阴极反应为4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大，故C正确。Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3：Cr2O72-+2H+=2CrO3+H2O，故D正确。

【答案】A

【备考启示】依据“证据推理与模型认知”解电化学试题的一般步骤为：①根据实验现象或原理图中的信息和文字信息，判断电极名称（电解池中，要判断电极是否为活性阳极）;②依据信息写出电极反应式和总反应式;③判断电解质中离子的移动方向或根据电子守恒进行相关计算。