析错因 建模型 挖教材 原创题 突破高考化学中电极反应式的考查

周学兴 吴 圣

(1.湖南省常德市第一中学;2.湖南师大附中博才实验中学湘江校区)

电化学试题是高考化学必考题型。通常以学术论文为素材,创造有效问题情境,考查学生信息的吸收、处理、整合能力,试题具有开放性、创新性、应用性等特点,有效发展了学生证据推理与模型认知、科学探究与创新意识的学科核心素养。

电极反应式是电化学重要的知识之一,是电化学的化学反应本质。我们要掌握通用方法去解决化学问题,而非机械刷题。而能够正确书写电极反应式,便可以轻松解决电化学计算、pH变化、产物或反应物的判断等问题。

一、常见错因

笔者以高二、高三学生为研究对象,通过观察,发现学生在书写电极反应式时,常出现审题不清、电极判断错误、电极与得失电子不对应、电荷或原子不守恒、混淆原电池与电解池、混淆可拆与不可拆等问题。

(一)审题不清

审题不清,主要体现为学生不能从图示信息、文字信息中迅速判断出反应物和产物,导致书写电极反应式错误。

【例1】水银法电解食盐水是氯碱工业发展进程中的重要里程碑,以制得碱液纯度高、质量好而著称,其生产原理示意图如图1。下列说法不正确的是

图1

( )

(1)电解器中阴极的电极反应式为________________。

【解决策略】认真阅读图示和文字信息,关注其中的物质变化情况,视野要看远一点,不应拘泥于死记硬背的放电顺序等必备知识。随时做好放电的物质为陌生物质或产生的是陌生物质的准备,如O2得电子产生H2O2等。

(二)电极类型的误区

判断电极类型最重要的方法是根据物质变化时的化合价变化情况。常见错误有电极与电子的得失不对应。常见判断电极类型的方法见表1。

表1 常见电极类型的判断依据

【例2】(2019年全国Ⅰ卷,12题)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如图2所示。下列说法错误的是

图2

( )

A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能

C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3

D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

【答案】B

图3

下列叙述正确的是

( )

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成

【答案】B

(三)电荷守恒问题

书写电极反应式时,要注意电荷是否守恒,常出现用错误离子补平电荷、电荷种类不分等情况。

(四)物质是否可拆问题

电极反应式一般要求书写离子方程式,常出现该拆不拆,不可拆却拆的现象。常见可拆的物质有:强酸、强碱、可溶性易电离的盐。其中盐类中可拆的物质是最易出错的,需要加强记忆。比如钾盐、钠盐、硝酸盐、铵盐一般是可拆的,如Na2FeO4、K2Zn(OH)4、K2FeO4、(NH4)2S2O8等。当然,需要结合题干信息正确处理,比如NaBiO3是沉淀,并不需要强记。

二、应对策略

电极反应式的正确书写是突破电化学问题的关键一环。笔者从构建基本模型和深入学习教材两个角度寻求解决方法。

(一)巧用模型突破书写

通过“三步法”正确书写电极反应式,其认知模型见图4。

图4 “三步法”书写电极反应式的认知模型

结合常见错因初步判断电极反应式的正误。认知模型见图5。

图5 判断电极反应式正误的认知模型

(二)巧用教材原创试题

从教材中呈现的电极反应式中发掘有用信息,助力深入学习。巧用教材提供的素材,创设作业,助力关键能力提升。

普通高中教科书2019版化学选择性必修1《化学反应原理》(下称“教材”)第四章非作业部分内容共提供了22个电极反应式,代表了金属单质为负极的原电池(如锌锰干电池、铅蓄电池)、锂离子电池、燃料电池、电解池(氯化铜溶液、氯化钠溶液、冶炼金属)等。

教材中提供了许多素材,可以用来设计作业习题。笔者基于教材素材设计了3道试题。

(1)放电时,负极反应式为__________________________________________________。

(2)放电时的正极反应式为__________________________________________________。

【原创试题2】伏打电池的发明,引发了化学家利用电解方法研究元素的兴趣。1807年,戴维电解熔融碳酸钠、熔融碳酸钾分别制得Na、K。写出相应的阳极电极反应式__________________________________________________。

图6

回答下列问题:

(1)X为________极。

(2)写出Y极的电极反应式__________________________________________________。

(3)电解一段时间后,X极区溶液的pH________(填“变大” “变小”或“不变”)。

教育部考试中心指出高考化学试题命题的整体思路要求“教学要注重作业题、练习题减量提质,减少机械刷题。促使教学把教材内容讲全讲透,提升课堂效果,吸引学生从校外培训回归校内课堂,是切实服务‘双减落地’的重要手段”。

三、结语

分析错因可以得到努力的方向,通过构建模型,可高效书写电极反应式,通过创设优质作业,从命题的视角提升了对电化学基础知识的理解。仅是一家之言,囿于能力,恐有不全,未尽事宜敬请见谅。