以史为鉴，数据导向下的高三电化学复习策略

广东 胡凯威 汤俊杰

《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)对于电化学的内容要求是认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用，了解原电池及常见化学电源的工作原理，了解电解池的工作原理，了解防止金属腐蚀的措施等。笔者通过统计近两年的部分高考数据(见表1)发现，电化学的考查主要围绕原电池、电解池和二次电池的工作原理展开，以最新的电池技术(特别是2022年高考)和电池、电解在生产生活中的运用作为试题情境，考点主要分布在电极反应和电池总反应、离子的移动方向、转移电子数与反应物、产物的量之间的计算，电解质溶液的变化等。考查的题型主要为选择题，其次是原理综合题的最后一问，但2022年高考化学试题中出现后者的频率大大下降，教师在下一轮备考过程中可适当弱化较难的电极方程式书写。

表1 2021—2022年高考电化学选择题考查内容统计

2021年，广东省进入新高考，“3+1+2”的模式让学生有了更多的选择权。笔者所在学校2022届有481名学生选考化学，选科组合主要包含物化生、物化地。多媒体的发展、教学环境的改善为教师统计数据提供了便利，利用统计得出的数据可以提高高三复习课、评讲课的有效性和指向性。表2是选取笔者所在学校2022届备考一年来，较为重要的20次测试中电化学选择题的反馈数据统计结果。

表2 2022届学生电化学选择题测试数据统计

续表

由表2可知，电化学的平均正确率约为68%，得分率较高，原因在于电化学的知识易于结构化，规律性强，不同装置之间存在紧密的联系，考点分布较为集中。电解池的平均正确率约为66%，原电池的平均正确率约为71%，说明学生对于电解工作原理的理解与运用能力要差于原电池。二次电池考查较少，但2022年高考题中二次电池考频较高，数据意义不大。笔者通过与学生的沟通交流发现，学生对于二次电池的工作原理存在混乱不清，无法正确认识转换正负极、阴阳极的情况。虽然电化学整体得分率较高，但在电极反应、计算等方面仍然存在较多的问题。综上数据分析，以史为鉴，笔者建议高三电化学复习的策略是厘清原理，掌握技巧，锤炼真题。具体策略如下叙述。

一、以大概念为统领，梳理核心概念、基本概念之间的关系

高考题中的试题情境新颖、复杂，贴近日常生产生活，学生需要将所学的化学知识融会贯通才能解决实际问题。目前存在的现象是学生对于学科概念含糊不清，教师在复习中应该注重大概念的抽提，在教学内容的选择和组织上，突出强调大概念的引领作用。化学反应必然伴随着能量的变化，该能量可能是热能、光能、电能和声能等，因此化学反应与能量属于化学学科大概念。化学反应与电能主要是研究电能和化学能之间的互相转化以及转化过程中相关规律的科学，是高中化学的一个核心概念。而能量的转变需要一定的条件，即要提供一定的装置和介质，由此衍生出原电池、电解池和二次电池等基本概念，它们之间的层级结构如图1所示。

图1 电化学相关概念的层级关系

通过图1所示的层级关系可知，教师教学设计时，应以大概念化学反应与能量作为教学设计的顶层架构，不能割裂化学反应与电能、热能之间的关系。同时要突出化学反应与电能的核心概念，是化学能与电能之间的相互转化。最后教师在课堂教学中，要具体落实原电池、电解池、二次电池等基本概念。

二、自主建构电化学认知模型，提升学生核心素养

《课程标准》的颁布，预示着新时代中国基础化学教育改革的大幕正式开启。发展学生的化学学科核心素养，成为这次改革的方向和目标。化学学科核心素养是一种解决陌生情境下的化学问题的综合素质，而对于电化学，学生建立相应的认知模型，并能运用模型解析化学现象，揭示现象的本质和规律，是其中的一种能力。当前教学存在的问题之一是部分学生被动地接受所谓的认知、解题模型，原因可能是由于教师在设计复习课时，为了节约时间，或者高估了学生掌握、运用和迁移知识的能力，忽略了设计学生深度学习的环节，没有达到培养学生高阶思维的目的。

笔者选择教材中经典的电化学装置，设置系列驱动性的问题，引导学生梳理电极、电极反应、电子、电流和离子的移动方向之间的关系、规律，如表3所示，帮助学生自主建构三种电化学装置认知模型。

表3 模型建构的教学设计

图2 原电池认知模型

图3 电解池认知模型

图4 二次电池认知模型

解题过程中，使用模型认知策略，能够赋予学生“火眼金睛”，褪去经过包装的、复杂的试题情境外表，还原电化学装置的本真，将问题回归到学生所学的知识范畴，从而提高作答速率和正确率。

三、掌握判断、书写电极方程式及电化学相关计算的技巧

1.判断电极方程式正误技巧

笔者经过统计、研究发现，电化学选择题中电极方程式的正误判断，往往只需要从两方面入手，一是看电子得失是否正确，即电极方程式的“+”“-”使用是否正确。二是电极方程式的介质类型是否正确，例如酸性条件出现“OH-”或碱性条件出现“H+”，这些都是错误的。假如这两方面都正确，则电极方程式正确的概率就非常大，如例4中的C选项和例5中的D选项所示。

【例1】(2021·全国甲卷·13节选)题干略

【解析】阳极是失去电子的一极，电极方程式中应该使用“-”，故此选项错误。若学生采用常规思维，先分析反应物和生成物，再标变价等，则会浪费宝贵的解题时间。站在出题者的角度去思考，特定题型采用特定技巧，能够帮助书写电极方程式能力较弱的同学找到另外一种高效的判断方法。

2.有序书写电极方程式

【例2】(2021·河北卷·16节选)题干略

(4)②Ⅰ.CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为____________________________________________。

3.巧用电子守恒解决电化学的相关计算

利用转移电子数、移动的离子数与反应物、产物之间的关系进行定量计算是高考中电化学的一个难点。电化学反应的实质是发生氧化还原反应，而得失电子是氧化还原的本质。以电子为桥梁，利用放电、充电过程中得失电子守恒在反应物、产物之间建立比例关系式，可以避免书写电极反应或者总反应，快速得出答案。

【例3】(2021·山东卷·10节选)题干略

D.消耗1 mol O2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L。

【解析】消耗1 mol O2，转移了4 mol电子。而生成1 mol N2转移4 mol电子，故两者的比例关系为O2～4e-～N2，1 mol O2的消耗对应1 mol N2的生成，则标况下气体产物的体积应为22.4 L，此选项错误。

四、锤炼真题，举一反三

如果说概念、认知和解题模型的建构是“学本事”，那解决真实化学问题的活动、举一反三的过程就是“用本事”。“举一”代表学生能够熟练掌握概念、模型，“反三”则是成功解决高考真题，它是学生知识、能力迁移的必经之路。

图5

( )

A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移

【参考答案】A

选项A、B均考查了离子的移动方向，学生需要建立化学微粒观，正确理解离子移动背后的深层次原因，结合平时做过的训练，快速作出判断。选项C、D考查了电极、总反应的方程式的书写，学生需要运用氧化还原的知识解决问题，教师要培养学生标变价的习惯，强化电荷守恒、原子守恒等配平技巧，能熟练处理正、负极电极方程式与总反应之间的关系。

图6

( )

B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关

C.放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极移动

【参考答案】C

选项A、B考查的是电解池，C、D是原电池，学生需要借助已有的二次电池模型在充、放电之间灵活切换，并能推理正极与阳极、负极与阴极之间的关系。

图7

( )

A.充电时，电极b是阴极

B.放电时NaCl溶液的pH减小

C.放电时NaCl溶液的浓度增大

D.每生成1 mol Cl2，电极a质量理论上增加23 g

【参考答案】C

A选项考查电极名称的判断，B、C选项考查溶液的pH、电解质浓度的变化，题目中给出的充电时电极a的方程式是突破口。D选项需要以电子作为桥梁，建立Cl2与增加质量的比例关系式，即可得增加的质量关系为Cl2～2e-～2Na+。

我们生活在一个幸福的年代，祖国的日益繁荣，科技的不断进步，为教师的教、学生的学提供了各种便利。作为一线教师，要主动、勇敢地追逐时代的潮流，掌握数据背后隐藏的宝贵的教学资源，为新时代的育人事业添砖加瓦。

本文系广东教育学会化学教学专业委员会“十四五”规划重点攻关课题“深化中学化学整体教学研究与设计——以《化学反应与电能》为例”[课题编号：(攻)2021HX05)]、广东省教育科学规划课题《中学化学深度学习的课堂学习活动设计与实施》(项目批准号：20GDJY—B019)的阶段性研究成果。