建构电化学解题模型，高效突破高考习题——以近五年全国卷为例*

李行利，路小彬

(黔南民族师范学院化学化工学院，贵州 都匀 558000)

新课标对“模型认知”素养提出要求，“知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型；能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律”[1]。高考化学以新课标要求下的核心素养为命题依据，对学生基础知识的掌握、学习能力的培养、正确价值取向、良好学科核心素养等方面都提出了较高的要求。高考电化学习题主要以国家科技发明创造、新能源的发现、社会现象为出题背景，以基础电化学知识为解题的基本方向，考察学生学会看装置图、提取题目和装置图中的有效信息、分析整理解决问题的能力。化学试题“模型认知” 素养维度考查水平和考察方式有所不同，侧重对模型的理解、分析应用的考查。提示未来高考化学命题可以多种化学模型为载体，创新试题形式。在试题情境的创设中做到学科融合，发挥模型作为跨学科概念的作用。紧扣 “模型认知”素养4个维度内涵，合理控制试题水平要求[2-4]。近五年高考化学卷I的考查题型与考察形式如表1所示。

电化学知识的考查几乎成了每年高考必考的考点，分值一般是6～10分，至少是一道选择题，有时候另外附加一道填空题。考查的内容主要为原电池和电解池反应机理在生产生活实际中的应用。

不少学生在碰到电化学题目时，容易产生畏惧心理，主要原因如下：(1)学生知识经验基础比较薄弱，问题情境与认识对象都是间接且陌生。比如必修一学习氧化还原反应和离子反应知识不够牢固，记忆结构不完整；(2)高考题型和题目比较新颖，题目信息量大、深度广导致学生紧张慌乱，不知该从哪个部分开始思考；(3)学生程序性知识欠缺，解决问题的系统步骤与电解原理之间没有形成有机联系[5-7]。

以电化学基础知识为背景，构建高效解题思维模型，形成系统全面的知识框架就显得很有必要。本文总结整理了选择题与填空题的解题策略及思维模型。

1 模型的建构

1.1 模型介绍

图1 电化学解题模型Fig.1 Electrochemical problem solving model

模型的建构是需要建立在一定的电化学知识基础之上进行的，在一定的真实情境或者训练中，通过掌握一定的解题规律，形成自己熟练的解题技巧和方法，最后再通过对解题方法的多次综合应用，形成高效准确解决实际问题的思维。

1.2 知识的储备

电化学的简单基础原理知识，是形成解题技巧、高效解答高考题的重要前提。表2对电化学知识常见考点进行了总结并提出了相应的解题方法。

表2 电化学知识常见考点Table 2 Common test points for electrochemical knowledge

基于氧化还原反应的电极方程式的书写方法以2018年全国卷(I27(3))为例。制备Na2S2O5采用三室膜电子装置如图2所示，SO2碱吸收液中含NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为________________。

图2 三室膜装置Fig.2 Three-chamber membrane device

解：Na2S2O5中Na(+1价)O(-2价)→ S(+4价)

SO2中O(-2价)→ S(+4价)

NaHSO3、NaSO3中Na(+1价)O(-2价)→ S(+4价)

S元素的化合价不变。电解池正极和阳极相连，电极反应式：2H2O-4e=4H++O2↑

1.3 例题剖析

通过表1中的信息可以看出选择题是高考常考形式，考察内容主要涉及新型电池、新型电化学资源开发利用，涉及有关电化学原理及其应用。选择题分值超过填空题。因此，如果能建立一个高效准确的解题模式，就可以鼓励培养学生对化学的兴趣，提升学生解题能力。作者整理总结了高考选择题解题技巧。从提、断、查、写四个步骤来剖析选择题的解题技巧。

(1)案例1：2018年全国卷(I.13)

最近中国科学家设计出一种CO2+H2S协同转化设备，实现天然气中CO2、H2S高效去除。如图3所示，电极为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)与石墨烯，石墨烯电极区产生反应：1.EDTA-Fe2+-2e-=EDTA-Fe3+；2.2EDTA-Fe3++H2S=2H++S+2EDTA-Fe2+

设备工作时下面叙述错误的是( )

A.阴极电极反应CO2+2H++2e-=CO+H2O

B.协同转化总的反应式CO2+H2S=CO+H2O+S

C.石墨烯上电势比ZnO@石墨烯低

D.当采用Fe3+|Fe2+代替EDTA-Fe3+|EDTA-Fe2+，溶液需要是酸性

答案C

图3 协同转化设备Fig.3 Co-transformation device

解题模型：本题考查的是用新型电池科学去除天然气中的杂质气体。

续表4

(2)案例2：2020年全国卷(I.12)

科学家近来发现了一种新式Zn-CO2水介质电池，电极是金属锌与选择性催化材料。放电期间，温室气体CO2转化成储氢物质甲酸等，为解决环境与能源危机提供了一种新方法。

下面说法错误的是( )

B.放电期间1 mol CO2转化成HCOOH，转移电子数2 mol

D.充电期间正极溶液中OH-浓度上升

答案D

图4 水介质电池Fig.4 Aqueous dielectric battery

解题模型：

(3)案例3：2020年全国高考卷(III.12)。

电池工作时正面说法错误的是( )

A.负载通过0.04 mol电子时，0.224 L(标准状况)O2参加反应

B.正极区溶液pH降低、负极区溶液pH升高

D.电流从复合碳电极、负载、VB2电极、KOH溶液到复合碳电极

答案B

解题模型：本题考查的是用简单原电池解题模型来解决陌生电池问题。

图5 碱性硼化钒(VB2)-空气电池Fig.5 Alkaline vanadium boride (VB2)-air battery

表6 硼化钒(VB2)-空气电池解题技巧Table 6 Vanadium boride (VB2)-air battery problem solving skills

2 结 语

选择题主要是以电化学基本原理和基础知识为背景进行解题，而填空题主要以化学工艺为主，通过结合离子交换膜相关知识进行解题。学生对电化学这部分知识的内容还比较陌生，遇到新颖的高考题容易紧张，造成该拿到的分数没有拿到或者分值不高。如果能够在掌握电化学基础知识的基础上，再结合选择题和填空题的相关解题技巧，就能在真实的情境中解决陌生且表面深奥的高考题，从而能够增强学生的学习热情和兴趣，在真实情境中得到解决试题的信心。