張思佩 孟凡盛

高考電化學(xué)試題通過精選有機(jī)電化學(xué)合成、真實(shí)電化學(xué)裝置和新型離子交換膜電解槽等內(nèi)容，既落實(shí)了“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”的新高考命題要求，又很好地考查了學(xué)生在新情境中提取信息，結(jié)合已有知識(shí)解決實(shí)際問題的化學(xué)核心素養(yǎng)。本文依托2021年高考電化學(xué)真題，分析了命題新趨勢(shì)，為2022年高考電化學(xué)模塊的復(fù)習(xí)備考提出了一些建議，希望對(duì)同學(xué)們有所幫助。

一、精選有機(jī)電化學(xué)合成，體現(xiàn)“無機(jī)”與“有機(jī)”相結(jié)合的綜合性命題趨勢(shì)

有機(jī)電化學(xué)合成是用電化學(xué)的方法進(jìn)行有機(jī)合成的技術(shù)，通過有機(jī)分子或催化媒質(zhì)在“電極/溶液”界面上的電荷傳遞、電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)舊鍵斷裂和新鍵形成。有機(jī)電化學(xué)合成具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)試劑純凈和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。利用有機(jī)電化學(xué)合成設(shè)計(jì)試題能充分體現(xiàn)“無機(jī)”與“有機(jī)”相結(jié)合的新趨勢(shì)。

【例1】（2021年高考遼寧卷第13題）利用OO（Q）與HOOH（QH2）電解轉(zhuǎn)化法從煙氣中分離CO2的原理如圖1所示。已知?dú)怏w可選擇性通過膜電極，溶液不能通過。下列說法錯(cuò)誤的是（ ）

【分析】讀圖知，M極的OO（Q）加氫還原為HO OH（QH2），故M極為陰極，電極反應(yīng)為：OO（Q）+2H2O+2e-=HO OH（QH2）+2OH-，與M極相連的電源a為負(fù)極，電源b為正極，則N極為電解池的陽(yáng)極，電極反應(yīng)為：HO OH（QH2）-2e-=OO+2H+。

由分析知，a為電源負(fù)極，故A正確;根據(jù)分析中陰極和陽(yáng)極的電極反應(yīng)，電子守恒時(shí)陰極消耗的Q與陽(yáng)極生成的Q相等，溶液中Q的物質(zhì)的量保持不變，故B正確;整個(gè)過程中CO2未被還原，CO2與M極生成的OH-發(fā)生反應(yīng)生成HCO3-：CO2+OH-=HCO3-，故C錯(cuò)誤;HCO3-與 N極上生成的H+反應(yīng)放出CO2：HCO3-+H+=H2O+CO2↑，故分離出的CO2從出口2排出，故D正確。

【答案】C

【備考啟示】重視有機(jī)官能團(tuán)轉(zhuǎn)化過程中的氧化、還原反應(yīng)，據(jù)此快速準(zhǔn)確判斷電極名稱。例如，題中羰基轉(zhuǎn)化為羥基，屬于加氫過程，是還原反應(yīng)，故可快速判斷出左側(cè)的M極是電解池的陰極。類似的有機(jī)轉(zhuǎn)化還有：羥基轉(zhuǎn)化為醛基或羰基、醛基轉(zhuǎn)化為羧基等去氫或加氧過程是氧化反應(yīng)，應(yīng)該在電解池的陽(yáng)極表面發(fā)生;醛基或羰基轉(zhuǎn)化為羥基、硝基轉(zhuǎn)化為氨基等加氫或去氧過程是還原反應(yīng)，應(yīng)該在電解池的陰極表面發(fā)生。

二、精選多種真實(shí)電化學(xué)裝置，落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的命題框架

新課程標(biāo)準(zhǔn)要求高考命題必須準(zhǔn)確把握“核心素養(yǎng)”“真實(shí)情境”“實(shí)際問題”和“化學(xué)知識(shí)”四個(gè)要素在命題中的定位與相互聯(lián)系，構(gòu)建以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的命題框架（如圖2）：

例如，全國(guó)乙卷的“管道口設(shè)置一對(duì)惰性電極圖”、湖南卷的“三單體串聯(lián)鋅溴液流電池工作原理圖”、遼寧卷的“某液態(tài)金屬儲(chǔ)能電池圖”、浙江卷的“某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)圖”，真實(shí)的電化學(xué)裝置圖既能在命題形式上起到推陳出新的效果，又能更好地評(píng)價(jià)學(xué)生在新情境中提取有效信息的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)以及學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)成程度，同時(shí)還能讓學(xué)生身臨其境地感受化學(xué)在人類發(fā)展過程中的巨大作用。

【例2】（2021年遼寧卷第10題）如圖3所示，某液態(tài)金屬儲(chǔ)能電池放電時(shí)產(chǎn)生金屬化合物L(fēng)i3Bi。下列說法正確的是（ ）

【分析】由題干信息可知，放電時(shí)，由于M極上Li比Ni更活潑，也比N極上的Sb、Bi、Sn更活潑，故M極為電池負(fù)極，電極反應(yīng)為：Li-e-=Li+;N極為電池正極，電極反應(yīng)為：Bi+3e-+3Li+=Li3Bi。

放電時(shí)，M極液態(tài)鋰失去電子被氧化為L(zhǎng)i+：Li-e-=Li+，故A錯(cuò)誤;電池放電時(shí)，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子移向正極，即Li+由M電極（負(fù)極）向N電極（正極）移動(dòng)，故B正確;由二次電池的原理可知，充電時(shí)M電極的反應(yīng)是放電時(shí)M電極反應(yīng)的逆過程：Li++e-=Li，故電極質(zhì)量增大，故C錯(cuò)誤;充電時(shí)，N電極反應(yīng)是放電時(shí)N電極反應(yīng)的逆過程：Li3Bi-3e-=3Li++Bi，故D錯(cuò)誤。

【答案】B

【備考啟示】（1）同學(xué)們?cè)趥淇紩r(shí)需要熟練掌握的必備知識(shí)是電極名稱：放電時(shí)，電池的電極一般叫正極或負(fù)極;充電時(shí)，電池正極與外接直流電源正極相連作電解池的陽(yáng)極，電池負(fù)極與外接直流電源負(fù)極相連作電解池的陰極。

（2）對(duì)于可充電電池（二次電池），充電時(shí)和放電時(shí)同一電極上發(fā)生的反應(yīng)互為逆過程，例如鉛酸蓄電池充電、放電電極反應(yīng)列表比較如下：

充電 放電

陽(yáng)極反應(yīng)：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+ 4H++SO42- 正極反應(yīng)：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O

陰極反應(yīng)：PbSO4+2e-=Pb+SO42- 負(fù)極反應(yīng)：Pb+SO42--2e-=PbSO4

電池總反應(yīng)：2PbSO4+2H2OPbO2+ Pb+4H++SO42-

三、精選離子交換膜電解槽，考查模型認(rèn)知和證據(jù)推理過程中的創(chuàng)新思維

離子交換膜將電解槽發(fā)生還原反應(yīng)的陰極室和發(fā)生氧化反應(yīng)的陽(yáng)極室分開，避免了副反應(yīng)的發(fā)生，提高了電解效率。

【例3】（2021年湖北卷第15題）Na2Cr2O7的酸性水溶液隨著H+濃度的增大會(huì)轉(zhuǎn)化為CrO3。電解法制備CrO3的原理如圖4所示，下列說法錯(cuò)誤的是（ ）

【解析】根據(jù)右側(cè)電極上生成H2推知，右側(cè)電極上發(fā)生放氫生堿的還原反應(yīng)：4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，右側(cè)電極為陰極。根據(jù)左側(cè)電極上生成O2推知，左側(cè)電極上發(fā)生放氧生酸的氧化反應(yīng)：2H2O-4e-=4H++O2↑，左側(cè)電極為陽(yáng)極。一般情況中，在電場(chǎng)作用下，陽(yáng)離子（H+）定向移動(dòng)至陰極;但在本題中，若氫離子通過離子交換膜定向移動(dòng)至陰極室，陽(yáng)極室氫離子濃度不能增大，重鉻酸根離子就不能轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物CrO3?？忌鷳?yīng)認(rèn)識(shí)到應(yīng)該是陽(yáng)極室的鈉離子定向移動(dòng)，通過離子交換膜進(jìn)入陰極室。

由題意知，左室中Na2Cr2O7隨著H+濃度增大轉(zhuǎn)化為CrO3：Cr2O72-+2H+=2CrO3+H2O，因此陽(yáng)極生成的H+不能通過離子交換膜，通過離子交換膜的是Na+，故A錯(cuò)誤。陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，結(jié)合陽(yáng)極反應(yīng)方程式，可知生成的O2與H2的物質(zhì)的量之比為1∶2，質(zhì)量比為8∶1，故B正確。陰極反應(yīng)為4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，電解一段時(shí)間后陰極區(qū)溶液OH-的濃度增大，故C正確。Na2Cr2O7的酸性水溶液隨著H+濃度的增大會(huì)轉(zhuǎn)化為CrO3：Cr2O72-+2H+=2CrO3+H2O，故D正確。

【答案】A

【備考啟示】依據(jù)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”解電化學(xué)試題的一般步驟為：①根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或原理圖中的信息和文字信息，判斷電極名稱（電解池中，要判斷電極是否為活性陽(yáng)極）;②依據(jù)信息寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式;③判斷電解質(zhì)中離子的移動(dòng)方向或根據(jù)電子守恒進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。