王欣

摘? 要：電化學(xué)這部分內(nèi)容在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，在高考題型中也更加變化多樣，考查靈活。先將模型建立的思想融入電化學(xué)解題的每一步中，再將每一步建立起的模型整合起來，形成系統(tǒng)的電化學(xué)解題模型。從而提高電化學(xué)知識學(xué)習(xí)效率，提升學(xué)生們模型認知的素養(yǎng)水平，并對電化學(xué)這部分知識理解的更深刻。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；電化學(xué)；模型構(gòu)建

在《普通高中化學(xué)課程標準（2017版）》中明確提出了五點學(xué)科核心素養(yǎng)，其中素養(yǎng)3為證據(jù)推理和模型認知，在教學(xué)過程中，此素養(yǎng)的培養(yǎng)對于學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)有重要的作用。證據(jù)推理與模型認知這一素養(yǎng)的運用通常體現(xiàn)在解題過程中，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中通過分析，推理等方法認識研究對象，深刻理解其本質(zhì)，構(gòu)建其內(nèi)在聯(lián)系，從而建立模型，并用模型來解決相應(yīng)的化學(xué)習(xí)題，從而將復(fù)雜的習(xí)題簡化，來提高解題效率。[1]文章將就“模型構(gòu)建”在電化學(xué)中的應(yīng)用這一問題進行探討。

1問題的提出

高中化學(xué)題目的類型較多，知識點零散，化學(xué)的學(xué)習(xí)對學(xué)生們的邏輯判斷能力，抽象思維能力要求都比較高。[2]學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中難免會因為這些而對化學(xué)的零散且難度較大的問題產(chǎn)生厭煩的情緒，在解題過程中信息以題干為載體，出現(xiàn)的形式千變?nèi)f化，為了提高解題效率，將模型建立的思想應(yīng)用到化學(xué)解題中不失為一種簡單又高效的辦法。

電化學(xué)專題涉及的相關(guān)化學(xué)理論相對較多，有氧化還原反應(yīng)、金屬和非金屬活動性順序、質(zhì)量守恒定律等。電化學(xué)的問題研究透徹，一方面鍛煉學(xué)生的解決化學(xué)問題的思維，并有助于培養(yǎng)學(xué)生的微粒觀和分析問題的能力；另一方面電化學(xué)專題與社會生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，彰顯了知識的價值功能，增強學(xué)生的社會責(zé)任意識，最終實現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。[3]

2電化學(xué)解題模型的構(gòu)建

2.1學(xué)生在電化學(xué)解題中存在的困難

隨著新課改的推行，高考也在不斷地創(chuàng)新，雖然在題型的方面變化不大，但對于知識點的考查更加靈活。電化學(xué)的知識點與生產(chǎn)生活息息相關(guān)，新型電池的研發(fā)，新型材料的電極材料電解質(zhì)更是層出不窮，電化學(xué)是高考考察的重要內(nèi)容。但當調(diào)查到高三學(xué)生對于電化學(xué)這一專題的學(xué)習(xí)情況時，大多數(shù)同學(xué)反應(yīng)電化學(xué)這部分內(nèi)容難度較大，很多同學(xué)反映讀不懂題，辨別不出題干中的電池是屬于原電池還是電解池，更無法判斷出電池的正負極、陰陽極和帶電粒子移動方向等問題。這說明學(xué)生們對于電化學(xué)的知識認識不透徹，基礎(chǔ)薄弱。[4]

2.2幾種簡單電化學(xué)模型的構(gòu)建

2.2.1能量轉(zhuǎn)化模型的構(gòu)建

任何一個化學(xué)反應(yīng)都存在著能量的變化，對于電化學(xué)中的原電池裝置和電解池裝置，其能量的主要轉(zhuǎn)化形式就是化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)化。原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，主要的判斷依據(jù)是此電池中是否存在能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，其主要的判斷依據(jù)是此電池是否存在借助外接能量讓非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)發(fā)生。能量轉(zhuǎn)化模型如下圖1所示。在解答此類習(xí)題時，需先將能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系確定，從而確定出該裝置是電解池還是原電池。

2.2.2電池電極模型的構(gòu)建

原電池強調(diào)正負極的判斷，電解池強調(diào)陰陽極的判斷。但不論是原電池還是電解池，判斷其兩極的根本就是判斷出其電極所發(fā)生的反應(yīng)類型，對于原電池而言，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；對于電解池而言，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，總結(jié)出“負陽氧”的口訣。電池的電極模型如下圖2所示。解答時學(xué)生可根據(jù)口訣判斷出電極及其發(fā)生反應(yīng)的類型。

2.2.3電子、離子轉(zhuǎn)移方向模型的構(gòu)建

不論電解池還是原電池，其都存在外電路和內(nèi)電路，在閉合的回路中外電路中電子定向移動，而內(nèi)電路中離子進行定向移動，從而產(chǎn)生電流。在原電池中，外電路中電子由負極流出，經(jīng)過導(dǎo)線，流入正極；內(nèi)電路中溶液中的陽離子移向正極，陰離子移向負極。在電解池中，外電路中電子由陽極移向外接電源的負極，再由負極移向電解池的陰極；內(nèi)電路中陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。由此可以總結(jié)出規(guī)律，從而構(gòu)建起模型。在原電池中負極發(fā)生氧化反應(yīng)，電解池中是陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，發(fā)上氧化反應(yīng)的這極電子流出，在內(nèi)電路中陰離子就移向這一極，而陽離子的移動方向正好與陰離子移動的方向相反，抓住這個規(guī)律就能夠判斷出電池中帶電粒子的移動方向。確定了帶電粒子的移動方向就能夠設(shè)計離子交換膜，從而減少副反應(yīng)的發(fā)生；能通過題干給出的信息來判斷離子交換膜。下圖3為帶電粒子移動模型。

2.2.4電極反應(yīng)方程式模型的構(gòu)建

電極反應(yīng)方程式體現(xiàn)了整個電池的核心內(nèi)容，將宏觀上的實驗現(xiàn)象與微觀上的微粒的變化聯(lián)系在一起，并能體現(xiàn)出量的關(guān)系。電極反應(yīng)方程式的書寫一方面鞏固了氧化還原反應(yīng)方程式的書寫，一方面繼續(xù)培養(yǎng)了學(xué)生們宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。[5]讓學(xué)生們能夠用化學(xué)用語來解釋實驗中的現(xiàn)象，之前學(xué)習(xí)的知識產(chǎn)生了逆向遷移。在書寫電極反應(yīng)方程式時，第一步根據(jù)題干給出的信息判斷出反應(yīng)物與生成物；第二步找到化合價發(fā)生變化的元素，標清其化合價及電子得失；第三步根據(jù)電解質(zhì)溶液配平電荷；最后根據(jù)原子守恒配平電極方程式。下圖4為電極方程式書寫模型。

2.3電化學(xué)解題模型的整合

對于解答電化學(xué)問題的模型構(gòu)建不能單單只是個別知識點的構(gòu)建，需要將所有的知識點連成脈絡(luò)，在各個知識點上建立小的解題模型的基礎(chǔ)上，更需要將其整合起來，形成一個大的解題脈絡(luò)，構(gòu)建起系統(tǒng)的電化學(xué)解題模型。將電化學(xué)的解題模型整理如下圖5所示。

遇到新型電池為背景的習(xí)題時，可按上圖的解題模型的步驟進行解題。認真讀題后，首先判斷其電池的類型，為原電池還是電解池，然后根據(jù)題干中的信息找出兩極的反應(yīng)物與生成物，并判斷出其反應(yīng)類型，從而判斷出電池的兩極，找出帶電粒子的移動方向，寫出兩極的電極反應(yīng)方程式。這樣整道題的脈絡(luò)就理清了，在準確寫出電極反應(yīng)方程式之后，此電池中各個微粒的量的關(guān)系也能夠理清，對于電子轉(zhuǎn)移問題，物質(zhì)的消耗與生成的問題就一目了然了。

在進行電化學(xué)專題復(fù)習(xí)時，根據(jù)建立起的電化學(xué)解題模型進行訓(xùn)練，讓學(xué)生們更熟練的掌握電化學(xué)的知識，更深刻的理解化學(xué)反應(yīng)原理，從而達到做題速度快，解題準確率高的目的。

3.模型構(gòu)建在電化解題中的應(yīng)用

3.1解答原電池習(xí)題

如圖6所示是一種酸性燃料電池酒精檢測儀，具有自動吹氣流量偵測與控制的功能，適合進行現(xiàn)場酒精檢測，下列說法不正確的是（）

A．電流由O2所在的鉑電極經(jīng)外電路流向另一電極

B．該電池的正極反應(yīng)式為：O2＋4e－＋4H＋===2H2O

C．該電池的負極反應(yīng)式為：CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋

D．微處理器通過檢測電流大小而計算出被測氣體中酒精的含量

分析與解析：首先判斷出電池的類型，根據(jù)題干中“酸性燃料電池”的條件可知，此電池為原電池?！熬凭珯z測器”則說明其是以乙醇為燃料的電池。其次判斷原電池的兩極，負極：乙醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；正極：氧氣的電子發(fā)生還原反應(yīng)。然后判斷帶電粒子的移動方向，電子由負極流出流向正極，電流的方向與之相反。再書寫電極反應(yīng)方程式負極：CH3CH2OH－4e－＋H2O===4H＋＋CH3COOH正極：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，根據(jù)題干中裝置示意圖所示，乙醇被氧化為乙酸，所以負極的產(chǎn)物為乙酸。

最后具體問題具體分析：其中A、B選項正確，C選項中由于產(chǎn)物分析錯誤，導(dǎo)致電極反應(yīng)方程式書寫錯誤，故C選項錯誤；根據(jù)微處理器通過檢測電流大小可以得出電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量，根據(jù)電極反應(yīng)式可以計算出被測氣體中酒精的含量，故D正確。

3.2解答電解池習(xí)題

例2：納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注。采用離子交換膜控制電解液中OH－的濃度制備納米級Cu2O的裝置如圖7所示，發(fā)生的反應(yīng)為2Cu＋H2O? 通電（=====）Cu2O＋H2↑。下列說法正確的是（）

A．鈦電極發(fā)生氧化反應(yīng)

B．陽極區(qū)溶液的pH逐漸增大

C．離子交換膜應(yīng)采用陽離子交換膜

D．陽極反應(yīng)式是2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O

分析與解析：首先判斷出電池的類型根據(jù)題干中的裝置圖可知，此裝置為電解池。其次判斷原電池的兩極，陰極：與外接電源負極相連的Ti電極；發(fā)生還原反應(yīng)。陽極：與外接電源正極相連的Cu電極；發(fā)生氧化反應(yīng)。然后判斷帶電粒子的移動方向，內(nèi)電路中：陰離子移向陽極區(qū)，陽離子移向陰極區(qū)。再書寫電極反應(yīng)方程式，陰極（陽離子放電）：2H2O+2e-=H2↑+2OH-陽極（活潑電極放電）：2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋ H2O。

最后對具體的問題進行分析，此此題中D正確；A錯誤，鈦電極發(fā)生還原反應(yīng)；B錯誤根據(jù)步驟四書寫的電極反應(yīng)方程式可知，由陰極區(qū)遷移過來的OH－在陽極全部參與反應(yīng)，故陽極區(qū)溶液的pH不變；C錯誤，OH－由陰極區(qū)遷移到陽極區(qū)參與反應(yīng)，離子交換膜應(yīng)為陰離子交換膜。

3.3解答充電電池習(xí)題

例3 最近復(fù)旦大學(xué)的研究人員設(shè)計出一種以有機負極（PTO/HQ）和無機正極（MnO2/石墨氈）的水合氫離子電池，其裝置示意圖如圖8所示。下列說法錯誤的是（? ?）

A. 充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

B. 放電時，H3O+向MnO2石墨氈極遷移

C. 放電時，正極上發(fā)生： MnO2 +2e- +4H3O+= Mn2+ +6H2O

D. 充電時，陰極上發(fā)生： PTO+4e- + 2H2O= HQ + 4OH-

分析與解析：根據(jù)解題模型，先判斷電池的類型。此電池關(guān)閉k1時，能量由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，為放電過程，裝置為原電池；關(guān)閉k2時 ，能量由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，為充電過程裝置為電解池；故A正確。第二步判斷電池的電極，裝置圖中明確給出放電時裝置的正負極，根據(jù)電池電極判斷模型，充電時左端的電極為陰極，右端的電極為陽極。第三步判斷帶電粒子的移動方向，根據(jù)帶電粒子轉(zhuǎn)移模型，放電時，陽離子移向正極，故B正確。第四步，書寫電極反應(yīng)方程式，放電時，根據(jù)圖示MnO2轉(zhuǎn)化為Mn2＋，電極方程式為MnO2+2e-+4H3O+=Mn2++6H2O，故C正確。電解質(zhì)溶液中充滿H3O+，因此產(chǎn)物中不可能生成OH-，陰極方程式應(yīng)為PTO+4e-+4H3O＋=HQ+4H2O，故D錯誤。故此題選D。

結(jié)語

模型構(gòu)建在化學(xué)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用十分廣泛，在解題方面更是能夠化繁為簡，在解題中找到各個知識點的內(nèi)在聯(lián)系及解題規(guī)律，從而提高解題的速度和準確率。而模型構(gòu)建不能單單局限于物理模型、圖像模型、數(shù)學(xué)模型這樣的具體模型，還要在解題的過程中形成思維模型，思維模型不應(yīng)該是固定的，而應(yīng)該是靈活的。對于文章探討的電化學(xué)解題模型，也不應(yīng)該是固定的，學(xué)生們最開始時可以按部就班的做，減少出錯，當熟練了之后，就能看清楚其內(nèi)在聯(lián)系，靈活運用。

參考文獻

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作者簡介：王欣（1996—），女，漢族，吉林九臺人，碩士，研究方向：中學(xué)化學(xué)教育。