高中生对高考试题中电化学选择题解答的认知误区及应对策略

广西 金敖然

电化学模块是高中化学知识重要的组成部分，是高考中的高频考点。通常以新型电池为载体进行考查，涉及原电池原理与电解原理、氧化还原反应、电子转移计算、离子反应、元素化合物等知识。该模块概念较多，注重原理的应用，同时还要求学生能够正确书写电极反应式，有时还会结合物理学科中电学的相关知识一起考查。因此，高中生在解决这部分问题时，往往存在一定的障碍。为了解决学生的学习障碍，使学生走出认知误区，提升学习效果，落实化学学科核心素养，笔者对高中生解答电化学选择题的认知误区进行了分析研究，并提出了应对策略。

一、诊断检测

针对高二年级，笔者编写了随堂测试卷《电化学基础单元检测》。内容包括原电池及电解池的工作原理与应用、新型电池、二次电池、燃料电池、电化学相关计算、材料信息的理解与运用、离子交换膜等考查角度，考查学生的基础概念、原理知识、计算能力以及信息的摄取与整合能力，充分挖掘学生在学习过程中存在的认知误区。试卷结构为7道选择题，满分70分，测试时间20分钟。试卷如下：

《电化学基础单元检测》

满分70分 测试时间：20分钟

一、单选题(每题10分)

1.如图1所示装置中观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断表1中所列M、N、P物质，其中可以成立的组合是

表1

图1

( )

2.用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后向所得溶液中加入0.1 mol碱式碳酸铜后恰好与原溶液浓度和pH相等(不考虑CO2溶解)，则电解过程中共转移的电子的物质的量为

( )

A.0.4 mol B.0.6 mol

C.0.8 mol D.1.0 mol

3.港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年，主要的防腐方法有：①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是

( )

B.防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子

C.防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率

D.方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除

4.(2020·全国卷Ⅱ·12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。图2是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是

图2

( )

A.Ag为阳极

B.Ag+由银电极向变色层迁移

C.W元素的化合价升高

5.(2021·西藏模拟)图3为一种电催化还原CO2的装置示意图，下列有关叙述正确的是

图3

( )

A.工作一段时间后，B池溶液的pH减小

B.该装置工作时，A池中的H+移向B池

C.甲电极连接电源正极

D.可用pH试纸检测B池溶液的pH

6.(2020·全国卷Ⅰ·12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如图4所示，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是

图4

( )

B.放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol

D.充电时，正极溶液中OH-浓度升高

7.利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图5所示。下列说法不正确的是

图5

( )

B.A膜和C膜均为阳离子交换膜

C.可用铁电极替换阴极的石墨电极

D.a极上通入2.24 L甲烷，阳极室Ca2+减少0.4 mol

【参考答案】

1234567CBACADD

【试卷分析】笔者针对2023届10班、15班学生的试卷进行批改，形成有效试卷110份，现将成绩汇总分析，统计如表2所示。

表2 2023届高二学生电化学选择题检测答题情况分析表

二、学生在电化学学习中存在的认知误区的三种类型

类型1.不能正确理解原电池、电解池的工作原理，造成认知误区。

电化学部分的概念众多，学生存在对电化学概念认识模糊，导致错误频出。比如负极、阳极发生氧化反应；电池内部电子从负极流向正极；溶液中的阳离子移向正极或阴极；二次电池充电时，负极连接外部电源的负极；粗铜精炼中粗铜做阳极；电镀工业中“镀层金属”做阳极等。学生对于这些概念认识不清，就会造成许多错误的发生。

类型2.学生不会根据电极反应式进行电子转移相关计算，造成认知误区。

面对电化学的计算题，相当一部分学生是无从下手的，遇到带计算的选择题就用排除法获得答案。究其原因是学生不会依据电极反应式进行计算，没有守恒思想与整体思想。

类型3.缺乏收集、整合信息的能力，造成思维固化的认知误区。

主要表现在，学生对于陌生情境下的电化学装置中的重要信息捕捉不到位；对于电化学与实验、化学工业生产相结合的分析没有头绪；尤其是近几年出现的微生物电池、太阳能电池、离子交换膜电池、海洋电池等教材上没有的装置，令学生头疼不已。

表3 针对《单元检测》中正确率较低的试题进行认知误区类型归纳分析

三、走出认知误区，突破电化学选择题的策略分析

1.深刻领会电化学基本概念，避免陷入概念混淆的认知误区

前面分析过，电化学概念、原理模糊，常会导致许多错误出现。因此作为教师有必要帮助学生厘清工作原理和深化概念，负极是低电势一端，正极是高电势一端，这样电子从负极流向正极，从而使得负极发生失电子的氧化反应，同时造成该极区阳离子增加，阳离子定向移向正极区。电解池中，与电源负极相连的是阴极，是电子流入一极，因此该电极发生得电子的还原反应；电子的流入导致该电极负电荷增加，溶液阳离子定向移向阴极。

【例1】(2021·全国乙卷·12)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率，为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图6所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是

图6

( )

A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2反应

B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO

C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气

D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理

【参考答案】D

【解题策略】海水中除了水，还含有大量的Na+、Cl-、Mg2+等离子，根据题干信息可知，装置的原理是利用惰性电极电解海水，阳极区溶液中的Cl-会优先失电子生成Cl2，阴极区H2O优先得电子生成H2和OH-，故在阴极表面形成Mg(OH)2。学生在解答此类问题时，应深刻把握基本概念、工作原理，透过现象看本质，切勿被装置表面迷惑。

2.提升电化学计算能力，走出对计算题认知误区的阴霾

3.创设新情境，突破思维固化的认知误区

很多时候学生思维受以往思维惯性影响，不能在新情境中把知识与题中关键信息融会贯通。因此教师要积极设置新情境，锻炼学生的知识迁移、辩证思维的能力。如处理离子交换膜的时候，学生只知道氯碱工业使用阳离子交换膜，却不完全清楚其中的原理，因而遇到交换膜都认为是阳离子交换膜。其实把握住工作原理，就可以轻松判断膜的种类。此处教师在教学中可以多设计些带交换膜的新型电池示例，供学生分析判断。

【例2】《电化学基础单元检测》第7题，试题略。

【解题策略】如何判断A、B、C膜的种类呢？还是要紧扣工作原理，体现“证据推理与模型认知”的核心素养。阳极室阴离子放电，导致该极区阳离子过剩，阴离子匮乏，再结合A膜右端为“产品室”，故A膜为阳离子交换膜，目的为产品室输送Ca2+，则B膜为阴离子交换膜，C膜为阳离子交换膜。这样问题就迎刃而解了。

【教学感悟】以新型电池为背景材料的电化学试题备受高考命题者的青睐，包括微生物电池、太阳能电池、海洋电池、热激活电池等等。这些电池取材新颖，时代性强，陌生度高，综合性强。但是试题的命制，往往是“高起点，低落点”，能够全面考查学生的电化学知识和原理，有一定的区分度，是各种大型考试的热点题型。

四、小结

原电池和电解池是高中化学教学中的重要部分，也是高考重点考查内容。学生对于这种偏理性的知识往往掌握不好，容易进入认知误区。本文通过对学生进行诊断检测，寻找并归纳出学生易错的认知误区，分析这些问题存在的原因，进而探索出一些带领学生走出误区的应对策略。当然要想让学生游刃有余的解答电化学问题，结合班级学情，选取优质的习题进行必要的训练是必不可少的。