方紅梅 魏天文

高中化學(xué)的復(fù)習(xí)既要完成對(duì)知識(shí)的梳理和整合，全面落實(shí)基礎(chǔ)，又要讓學(xué)生在重難點(diǎn)上有所提升和突破。這就要求教師恰當(dāng)、靈活地運(yùn)用科學(xué)的教學(xué)方法和手段?；谀Ｐ驼J(rèn)知的微專題復(fù)習(xí)法在以導(dǎo)學(xué)案引導(dǎo)學(xué)生自主完成基礎(chǔ)知識(shí)梳理和整合的基礎(chǔ)上，針對(duì)重難點(diǎn)內(nèi)容設(shè)置微專題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)構(gòu)建思維模型突破重難點(diǎn)知識(shí)，提升思維能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的吸收。

一、復(fù)習(xí)模式

基于模型認(rèn)知的微專題復(fù)習(xí)法的基本模式為：

首先，學(xué)生通過(guò)導(dǎo)學(xué)案的自主復(fù)習(xí)，可以完成對(duì)零散、孤立的化學(xué)知識(shí)的梳理和整合，構(gòu)建基本的知識(shí)框架和知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。教師通過(guò)導(dǎo)學(xué)案的問(wèn)題反饋準(zhǔn)確判斷學(xué)生在復(fù)習(xí)中的知識(shí)弱點(diǎn)，并結(jié)合重點(diǎn)和難點(diǎn)設(shè)置主題微專題。微專題的講解過(guò)程，重點(diǎn)在于在實(shí)際情境中引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析推理構(gòu)建分析和思維模型，并通過(guò)應(yīng)用模型解決實(shí)際問(wèn)題。

二、微專題的設(shè)置

微專題復(fù)習(xí)可以打破知識(shí)模塊之間的壁壘，將相似、分散、變式、拓展的知識(shí)重新建構(gòu)與整合，形成點(diǎn)狀輻射或帶狀輻射。微專題的設(shè)置遵循以下原則：

（一）“三點(diǎn)”強(qiáng)化原則。微專題的設(shè)置一是強(qiáng)化考綱和教材的重點(diǎn)，二是強(qiáng)化學(xué)生導(dǎo)學(xué)案所反饋的弱點(diǎn)，三是強(qiáng)化知識(shí)難點(diǎn)。教師應(yīng)該結(jié)合重點(diǎn)、弱點(diǎn)和難點(diǎn)精心挑選內(nèi)容設(shè)置微專題。

（二）多樣化原則。微專題類型是多樣化的：可以是知識(shí)整合類的，如有機(jī)合成中的成環(huán)反應(yīng);可以是解題方法類的，如計(jì)算題中守恒法的應(yīng)用;可以是相似題型類的，如平衡常數(shù)K的計(jì)算;可以是高頻考點(diǎn)類的，如鋰電池的考查。教師應(yīng)根據(jù)復(fù)習(xí)內(nèi)容靈活多樣的設(shè)置微專題。

（三）專一性原則。微專題重在突出解決一個(gè)主題問(wèn)題，內(nèi)容不能過(guò)多，否則就容易變?yōu)閭鹘y(tǒng)專題而失去了微專題的專一性。微專題的設(shè)置要切實(shí)做到“三點(diǎn)”突出，類型靈活，主題鮮明。例如在電化學(xué)的復(fù)習(xí)中，教師通過(guò)檢查導(dǎo)學(xué)案，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在書(shū)寫教材中的常見(jiàn)電池如鋅錳干電池、鉛蓄電池和氫氧燃料電池時(shí)的電極反應(yīng)時(shí)，準(zhǔn)確度較高，落實(shí)情況較好，但書(shū)寫有關(guān)新情境條件下的電極反應(yīng)式時(shí)書(shū)寫錯(cuò)誤較多，而判斷兩極的放電物質(zhì)、電解質(zhì)環(huán)境及交換膜對(duì)電極反應(yīng)式書(shū)寫的影響等方面是主要錯(cuò)因。2019年高考化學(xué)考試大綱“考試范圍與要求”中“化學(xué)反應(yīng)與能量”第⑧條明確指出：理解原電池和電解池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能書(shū)寫電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式，高考命題對(duì)知識(shí)內(nèi)容的要求是三個(gè)層次中的“理解”。通過(guò)分析近5年的高考題發(fā)現(xiàn)，以新型電化學(xué)裝置為情境的電化學(xué)原理（電極判斷，電極反應(yīng)，離子移動(dòng)等）的考查，在高考中出現(xiàn)的頻率很高。

結(jié)合以上“三點(diǎn)”，我們確定了“新情境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫”電化學(xué)微專題。

三、構(gòu)建模型→應(yīng)用模型

通過(guò)分析大量關(guān)于電化學(xué)考查的高考試題發(fā)現(xiàn)，新情境一般分為兩類，一類以新型原電池為情境，另一類以新型電解池在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用為情境。情境不同但考查內(nèi)容大同小異，如電極名稱、電極反應(yīng)、離子的移動(dòng)、電極附近或溶液pH值的變化或相關(guān)電極產(chǎn)物的計(jì)算等。這些內(nèi)容的核心為電化學(xué)裝置和電化學(xué)原理：兩個(gè)電極、電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路;在兩極分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)（簡(jiǎn)述為“負(fù)陽(yáng)氧，正陰還”）。因此，新情境下的電極反應(yīng)式書(shū)寫的思維模型構(gòu)建了原理維度和裝置維度兩大認(rèn)識(shí)維度。原理維度以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，包括電極反應(yīng)物、電極產(chǎn)物、過(guò)程、反應(yīng)現(xiàn)象;裝置維度包括原電池或電解池里面的所有裝置要素即電極材料、電子導(dǎo)體（導(dǎo)線）、離子導(dǎo)體（電解質(zhì)溶液或鹽橋、膜）。以下以兩大維度為主線，具體介紹、分析新情境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫模型。

（一）已知總反應(yīng)情境下的電極反應(yīng)式的書(shū)寫

我們先來(lái)看一道2018年課標(biāo)Ⅱ的考試題：

我國(guó)科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na—CO2二次電池。將NaClO4溶于有機(jī)溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為：3CO2+4Na[]2Na2CO3+C。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ????）。

A.放電時(shí)，ClO4-向負(fù)極移動(dòng)

B.充電時(shí)釋放CO2，放電時(shí)吸收CO2

C.放電時(shí)，正極反應(yīng)為：3CO2+4e=2CO32-+C

D.充電時(shí)，正極反應(yīng)為：Na++e=Na

圍繞這道題目的電極反應(yīng)式書(shū)寫模型構(gòu)建，可以分三步完成。

1.提取題干信息

通過(guò)分析題目條件可以得出裝置為原電池裝置，題干所給總反應(yīng)為自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，依據(jù)原電池的構(gòu)成條件和電極反應(yīng)特點(diǎn)，將此氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)“半反應(yīng)”，即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，結(jié)合電解質(zhì)的化學(xué)環(huán)境就可以確定原電池的負(fù)極和正極的電極反應(yīng)。

首先，用雙線橋法分析總反應(yīng)：

接著，將其拆分為兩個(gè)“半反應(yīng)”：負(fù)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)為“4Na-4e-=4Na+”;正極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)為“3CO2+4e-=2CO32- +C”。

其次，原電池的工作原理是外電路中電子從負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線流向正極，內(nèi)電路中陽(yáng)離子定向移動(dòng)到正極，陰離子定向移動(dòng)到負(fù)極，從而構(gòu)成閉合回路，所以放電時(shí)ClO4-向負(fù)極移動(dòng)。充電時(shí)原電池變?yōu)殡娊獬?，兩極的物質(zhì)需要從放電后的物質(zhì)恢復(fù)到放電前的活性物質(zhì)，即Na+→Na發(fā)生還原反應(yīng)，C→CO2 發(fā)生氧化反應(yīng)，所以電池的負(fù)極與外接電源的負(fù)極相連變成充電時(shí)電解池的陰極，電池的正極與電源的正極相連變成充電時(shí)電解池的陽(yáng)極，即“負(fù)變陰，正變陽(yáng)”，用化學(xué)方程式表示就是陰極“4Na+4e- =4Na+”，陽(yáng)極“2CO32-+ C-4e-=3CO2 ”，所以答案選D。

2.構(gòu)建分析模型

從以上裝置和原理的兩大分析維度綜合得出本題的答案選D，同時(shí)提煉出“以總反應(yīng)為基礎(chǔ)的電極反應(yīng)式的書(shū)寫”的分析模型：

在學(xué)生已經(jīng)具備常見(jiàn)原電池的分析模型和氧化還原反應(yīng)雙線橋法的分析模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建上述模型不僅完成了學(xué)生對(duì)原有模型的遷移，而且完善了學(xué)生對(duì)電化學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

3.應(yīng)用模型

為了使學(xué)生熟練應(yīng)用模型，第三步選擇與上面例題條件相似的習(xí)題，強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)識(shí)。

一種高能納米級(jí)Fe3S4和鎂的二次電池，其工作原理為Fe3S4+4Mg[放電充電]3Fe+4MgS，裝置如下圖所示。下列說(shuō)法不正確的是（ ????）。

A.放電時(shí)，鎂電極為負(fù)極

B.放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為Fe3S4+8e-=3Fe+4S2-

C.充電時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為MgS+2e-=Mg+S2-

D.充電時(shí)，S2-從陰離子交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移

首先從裝置維度分析：裝置外接負(fù)載，為原電池裝置，為二次電池;裝置中有陰離子交換膜，所以離子導(dǎo)體為陰離子;電極材料分別為Fe3S4和Mg。

其次從原理維度分析：放電時(shí)的總反應(yīng)為Fe3S4+4Mg[放電充電]3Fe+4MgS，利用雙線橋法分析電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目：

然后將總反應(yīng)拆分為兩個(gè)“半反應(yīng)”即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，結(jié)合離子導(dǎo)體為陰離子（S2-）確定放電時(shí)的電極反應(yīng)為，負(fù)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，即“4Mg-8e-+S2-=4MgS”，正極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，即“Fe3S4 +8e-=3Fe+S2- ”。充電時(shí)負(fù)極變陰極，正極變陽(yáng)極可得充電時(shí)的電極反應(yīng)，即陰極“4MgS+ 8e-=4Mg+S2-”，陽(yáng)極“3Fe+S2--8e-=Fe3S4”。電解池工作時(shí)，內(nèi)電路中的陰離子S2-通過(guò)陰離子交換膜定向移動(dòng)到陽(yáng)極，即從左側(cè)（陰極室）移動(dòng)到右側(cè)（陽(yáng)極室），所以答案選D。

（二）總反應(yīng)未知情境下的電極反應(yīng)式的書(shū)寫

還是從例題說(shuō)起，以下是2018高考課標(biāo)Ⅰ中的一道題目。

最近我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種CO2+H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下圖所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為：①EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+;②2EDTA-Fe3++H2S= 2H++S+2EDTA-Fe2+

該裝置工作時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是（ ???）。

A.陰極的電極反應(yīng)：CO2+2H++2e-=CO+H2O

B.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng)：CO2+H2S=CO+H2O+S

C.石墨烯上的電勢(shì)比ZnO@石墨烯上的低

D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需為酸性

1.提取題干信息

從裝置維度分析：該裝置為電解池，利用該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣中CO2和H2S的高效去除;ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）電極為陰極，石墨烯電極為陽(yáng)極;裝置中有質(zhì)子交換膜，離子導(dǎo)體為H+。

從原理維度分析：外電路中EDTA-Fe2+在陽(yáng)極失去電子，CO2在陰極得到電子;內(nèi)電路中H+定向移動(dòng)到陰極。根據(jù)信息“陰極CO2放電，生成CO”，碳元素的化合價(jià)由+4價(jià)→+2價(jià)，得2e-，據(jù)此得出陰極反應(yīng)式的主體為CO2 +2e-=CO。如何補(bǔ)充完成電極反應(yīng)呢？下面從原子守恒和電荷守恒的角度分析。

結(jié)合關(guān)鍵信息“質(zhì)子交換膜”、只允許H+自由移動(dòng)，最后確定反應(yīng)前補(bǔ)2個(gè)H+，反應(yīng)后補(bǔ)1個(gè)H2O，完成陰極的電極反應(yīng)“CO2+2e-+2H+=CO+H2O”，所以答案選C。

2.構(gòu)建分析模型

從以上裝置和原理的兩大分析維度綜合得出本題的答案選C，同時(shí)提煉出“總反應(yīng)未知情境下的電極反應(yīng)式的書(shū)寫”的分析模型：

通過(guò)從裝置維度和原理維度分析得出的信息，確定陰陽(yáng)兩極的放電物質(zhì)和生成物質(zhì)，結(jié)合離子導(dǎo)體最終確定電極反應(yīng)式的書(shū)寫模型：

3.應(yīng)用模型

2019年高二課標(biāo)Ⅰ的第13題與上面這道題接近，適合作為練習(xí)題，幫助學(xué)生理解和運(yùn)用模型。

利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ???）。

A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時(shí)還可提供電能

B.陰極區(qū)氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2+2MV2+=2H++2MV+

C.正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3

D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)

從裝置維度分析：裝置為原電池，用于研究室溫下氨氣的合成;離子導(dǎo)體為H+;MV+在左側(cè)電極上放電生成MV2+，發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，所以左側(cè)為負(fù)極，右側(cè)為正極。

從原理維度分析：利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成的工作過(guò)程為：負(fù)極MV+在電極上失去電子生成MV2+，MV2+在氫化酶的催化作用下與H2反應(yīng)生成MV+和H+。負(fù)極的電極反應(yīng)為：MV+-e-=MV2+。正極MV2+在電極上得到電子生成MV+，MV+在固氮酶的催化作用下與N2反應(yīng)生成MV2+和NH3。正極的電極反應(yīng)為：MV2++e-= MV+。內(nèi)電路中H+從負(fù)極定向移動(dòng)到正極。因此，答案選B。

實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)基于模型認(rèn)知的微專題訓(xùn)練，學(xué)生不僅建立了新情境下電極反應(yīng)式書(shū)寫的有效途徑，而且能參考上述模型靈活分析其他電化學(xué)問(wèn)題。

【本文是湖北省教育學(xué)會(huì)“十三五”教育科研課題2019年重點(diǎn)課題《以問(wèn)題情境為主線的探究式教學(xué)模式》（課題編號(hào)：2019B19001）研究成果】

（作者單位：方紅梅，天門中學(xué);魏天文，天門市教科院）

責(zé)任編輯 ?姜楚華