王毓穎

(湖南省株洲市北附高級(jí)中學(xué))

電化學(xué)和氧化還原反應(yīng)作為化學(xué)高考中的熱點(diǎn),2022年湖南卷的單選第8題和第9題引起了廣泛討論,筆者從一線教師的角度去回顧和解析上述兩題,為學(xué)生提供解題思路,并就上述題目淺析化學(xué)高考的知識(shí)要點(diǎn)和備考方向.

1 海水電池反應(yīng)

電化學(xué)是高考的熱門考點(diǎn),考查內(nèi)容多為電化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí).2022年湖南卷單選題第8題考查了原電池原理、化學(xué)反應(yīng)式以及鋰—海水電池的分類.

例1海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注,一種鋰—海水電池構(gòu)造示意圖如圖1所示.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ).

圖1

A.海水起電解質(zhì)溶液作用

B.N 極僅發(fā)生的電極反應(yīng):

C.玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能

D.該鋰—海水電池屬于一次電池

分析該題的爭(zhēng)議答案主要在選項(xiàng)A、B 之間,也有部分學(xué)生認(rèn)為選D.該題的知識(shí)模塊為化學(xué)反應(yīng)原理,屬于必修2和選修4的內(nèi)容.本題考查了學(xué)生對(duì)于如下知識(shí)點(diǎn)的理解:原電池原理、原電池電極反應(yīng)式的書寫以及鋰—海水新型電池.由圖像可知,該裝置為原電池裝置,是具備原電池形成條件的.

關(guān)于選項(xiàng)A:海水中含有豐富的電解質(zhì),如氯化鈉、硫酸鎂、氯化鈣等,其主要成分是鹽,可作為電解質(zhì)溶液.故選項(xiàng)A 說(shuō)法正確.

關(guān)于選項(xiàng)B:根據(jù)原電池正負(fù)極判斷方法,該電池M 為負(fù)極,N 為正極.負(fù)極參與反應(yīng)的物質(zhì)是金屬鋰,反應(yīng)方程式為L(zhǎng)i－e－＝Li＋,但是正極反應(yīng)方程式并非只有一個(gè).題干中表述的“N 極僅發(fā)生”的“僅”導(dǎo)致該選項(xiàng)錯(cuò)誤.海水中是可以溶解氧氣的,其中溶解氧氣也有可能會(huì)得到電子,所以正極還有可能發(fā)生氧氣得電子的反應(yīng):O2＋4e－＋2H2O＝4OH－,可以類比鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕.故選項(xiàng)B說(shuō)法錯(cuò)誤.

關(guān)于溶解的氧氣是否會(huì)得到電子,有些教師和學(xué)者做了相關(guān)的研究.徐海波、宋玉蘇、桑林等人通過(guò)海水溶解氧電池實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為氧氣是可以得到電子的.桑林在其文章中介紹晶體時(shí)寫到了鋰—海水溶解氧電池,但是作為軍工單位的研究?jī)?nèi)容,文章中并未詳細(xì)說(shuō)明具體機(jī)理和工作流程.因此該選項(xiàng)的難點(diǎn)在于,考生會(huì)直接想到鋰和水的反應(yīng),卻不會(huì)考慮正極還有海水體系中溶解的氧氣可能也參與了反應(yīng).

關(guān)于選項(xiàng)C:鋰作為一種活潑金屬,會(huì)與水發(fā)生反應(yīng),因此采用了玻璃陶瓷——一種固體電解質(zhì)材料,其作用有兩個(gè):一個(gè)是隔絕水,防止鋰和水發(fā)生反應(yīng);另一個(gè)是傳導(dǎo)Li＋,從而形成閉合回路.故選項(xiàng)C說(shuō)法正確.

關(guān)于選項(xiàng)D:該電池為鋰電池,充電過(guò)程存在鋰枝晶問(wèn)題.這個(gè)知識(shí)點(diǎn)大部分考生沒(méi)有聽(tīng)過(guò),屬于知識(shí)盲區(qū),教師上課也不會(huì)作為重點(diǎn)進(jìn)行講解,并且,正極生成的氫氣無(wú)法發(fā)生逆反應(yīng)變?yōu)榉烹娺^(guò)程的反應(yīng)物,不具備充電的功能,因此屬于一次電池,過(guò)程是不可逆的.故選項(xiàng)D 說(shuō)法正確.

基于上述理論依據(jù)和分析,本題的答案是選項(xiàng)B.

如今的高考電化學(xué)試題通常以實(shí)際生活和工業(yè)應(yīng)用的情境為載體,在題干中融入所要考查的電化學(xué)知識(shí)點(diǎn),由此來(lái)考查學(xué)生的綜合能力以及核心素養(yǎng).近年來(lái)考試命題方向除了鋰電池之外,新型材料電池(如微生物電池)等也是高考電化學(xué)命題的寵兒.筆者查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn),近幾年全國(guó)各地高考電化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的考查方式都很靈活.例如,2020年山東卷試題考查了“微生物電池的應(yīng)用”;2022年全國(guó)甲卷試題考查了“一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池”;2022年全國(guó)乙卷試題考查了“Li-O2作為一種比能量高的電池,在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景”.由此不難發(fā)現(xiàn),相較于傳統(tǒng)鋰電池而言,新型材料鋰電池不僅與我們的日常生活息息相關(guān),更是高考的熱門考點(diǎn),需要引起教師和學(xué)生的關(guān)注.對(duì)于在高考電化學(xué)專題的復(fù)習(xí)和練習(xí)上,學(xué)生不僅要從考查內(nèi)容方面著手準(zhǔn)備,同時(shí)也要結(jié)合電化學(xué)在日常生活中的具體應(yīng)用情境,做到靈活掌握知識(shí)點(diǎn).

2 氧化還原反應(yīng)

氧化還原反應(yīng)是每年高考的必考點(diǎn),這是一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較抽象的知識(shí)點(diǎn),主要考查了學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)的概念理解和規(guī)律分析,也考查了學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的配比計(jì)算.下面以2022年湖南卷單選題第9題為例進(jìn)行說(shuō)明.

例2科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某些生物酶體系可以促進(jìn)H＋和e－的轉(zhuǎn)移(如a、b和c),能將海洋中的轉(zhuǎn)化為N2進(jìn)入大氣層,反應(yīng)過(guò)程如圖2所示.下列說(shuō)法正確的是( ).

圖2

B.a和b中轉(zhuǎn)移的e－數(shù)目相等

C.過(guò)程Ⅱ中參與反應(yīng)的n(NO)∶n()＝1∶4

D.過(guò)程Ⅰ→Ⅲ的總反應(yīng)為

分析該題的爭(zhēng)議答案在選項(xiàng)C和D 之間,選項(xiàng)A、B相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較好判斷的.該題的知識(shí)模塊屬于必修1的內(nèi)容,考查了學(xué)生對(duì)于氧化還原反應(yīng)這類知識(shí)點(diǎn)的理解.對(duì)于題干中“生物酶體系可以促進(jìn)H＋和e－的轉(zhuǎn)移”這句話的理解是本題的難點(diǎn)之一,也是影響學(xué)生解題的關(guān)鍵點(diǎn).

先對(duì)流程圖進(jìn)行分析:從箭頭的起點(diǎn)可以確定,該反應(yīng)的反應(yīng)物是,由箭頭的終點(diǎn)可以確定生成物是N2和H2O.而反應(yīng)過(guò)程中先生成,后消耗的中間產(chǎn)物是NO 和N2H4.結(jié)合題干“某些生物酶體系可以促進(jìn)H＋和e－的轉(zhuǎn)移(如a、b和c)”和流程圖可以得出,酶1、酶2和酶3均為反應(yīng)的催化劑.

關(guān)于選項(xiàng)B:過(guò)程Ⅰ反應(yīng)為

過(guò)程Ⅱ反應(yīng)為

過(guò)程Ⅰ對(duì)應(yīng)a,過(guò)程Ⅱ?qū)?yīng)b,所以a和b中轉(zhuǎn)移的e－數(shù)目是不相等的.故選項(xiàng)B錯(cuò)誤.

關(guān)于選項(xiàng)C:根據(jù)“某些生物酶體系可以促進(jìn)H＋和e－的轉(zhuǎn)移(如a、b和c)”和流程圖可以得出,酶1、酶2和酶3為反應(yīng)的催化劑,其功能是促進(jìn)H＋和e－的轉(zhuǎn)移.過(guò)程Ⅲ反應(yīng)為

可以理解為過(guò)程Ⅲ產(chǎn)生了4molH＋和4mole－,然后酶3將過(guò)程Ⅲ產(chǎn)生的4molH＋和4mole－轉(zhuǎn)運(yùn)出來(lái),運(yùn)輸給酶1 和酶2.其中酶1 使用2 molH＋和1mole－,實(shí)現(xiàn)過(guò)程Ⅰ的反應(yīng)

酶2使用剩下的2molH＋和3mole－,實(shí)現(xiàn)過(guò)程Ⅱ的反應(yīng)

不難發(fā)現(xiàn),過(guò)程Ⅰ→Ⅲ,很像電極反應(yīng)方程式,它們都是半反應(yīng),不算完整的氧化還原反應(yīng).由過(guò)程Ⅱ可知,參與反應(yīng)的.故選項(xiàng)C錯(cuò)誤.

本題的難點(diǎn)在于對(duì)題干信息“某些生物酶體系可以促進(jìn)H＋和e－的轉(zhuǎn)移”的解讀.雖然在不同的解題思路下,可以寫出符合的方程式,但是未體現(xiàn)題意,那么選項(xiàng)就不能納入備選.綜上分析可以得到,第9題應(yīng)該選擇選項(xiàng)D.

在以往傳統(tǒng)命題思路下,對(duì)氧化還原反應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的考查是以“氧化還原反應(yīng)化學(xué)方程式書寫”和“運(yùn)用阿伏伽德羅常數(shù)的形式表示轉(zhuǎn)移電子數(shù)”等題型出現(xiàn).但本題命題思路和往常不大一樣,命題組專家將“蓋斯定律”“電化學(xué)的正負(fù)極反應(yīng)”以及“氧化還原反應(yīng)”3個(gè)知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合命題,對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合考查,需要學(xué)生牢記得失電子守恒原則,并把握原子守恒原則,對(duì)學(xué)生知識(shí)的掌握程度和靈活運(yùn)用原理解題的能力提出了更高的要求.

在平時(shí)的解題過(guò)程中,學(xué)生要留意新題型中題干與流程圖的提示,否則寫出來(lái)的方程式有可能不符合題目要求,是違背題目信息要求的,從而導(dǎo)致考試失分.同時(shí),學(xué)生還要提高獨(dú)立思考的能力,在面對(duì)新題型時(shí)能靈活處理信息,從容解題,而非死記硬背,盲目套公式,守著固化的答題模式而陷入題目的陷阱中.

3 結(jié)論

筆者通過(guò)對(duì)近年高考化學(xué)命題方式的分析,發(fā)現(xiàn)近年來(lái)高考化學(xué)命題不僅強(qiáng)調(diào)對(duì)基本概念和化學(xué)原理的理解,更重視對(duì)理論與實(shí)踐的融會(huì)貫通.以本文所述兩道題為例,考題不同于以往考試命題——僅僅對(duì)單一的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行考查,而是將不同知識(shí)點(diǎn)巧妙融合入題干中,并且加入在生活中實(shí)際應(yīng)用的情境.

如今,全國(guó)高考命題趨勢(shì)更多地體現(xiàn)在:命題思路的靈活多變、不拘一格以及書本理論與生活實(shí)踐相結(jié)合來(lái)綜合考查知識(shí)點(diǎn)等.這便促使教師在日常教學(xué)過(guò)程中要更加遵循高中化學(xué)教學(xué)規(guī)律、重視課標(biāo)和教材;同時(shí)也間接地避免學(xué)生機(jī)械刷題的學(xué)習(xí)方式,提升化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)趣味性,最終使學(xué)生真正理解如何將化學(xué)知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通和靈活運(yùn)用.

(完)