電化學(xué)復(fù)習(xí)中的學(xué)科核心素養(yǎng)培育

湯贊智

摘要 電化學(xué)知識(shí)是高考重要且穩(wěn)定的考點(diǎn)和熱點(diǎn)，承載著多方面化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育的良好載 體。在高三電化學(xué)復(fù)習(xí)過程中，抓住關(guān)鍵要素培育解決電化學(xué)問題的核心素養(yǎng)，既提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能 力，又使學(xué)生在復(fù)習(xí)的過程中學(xué)科核心素養(yǎng)得以提升，從而提高復(fù)習(xí)教學(xué)的效果。

關(guān)鍵詞 電化學(xué);高三復(fù)習(xí);核心素養(yǎng);高考試題

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的重要 組成，其主要由“宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平 衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、 科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”^[1]五個(gè)方面構(gòu)成。電化學(xué)知識(shí) 是化學(xué)學(xué)科的重要內(nèi)容，是近年來高考的高頻考點(diǎn)。 電化學(xué)課程內(nèi)容主要包含：原電池及常見化學(xué)電源的 工作原理、電解池的工作原理及應(yīng)用、金屬的電化學(xué) 腐蝕和防護(hù)。從實(shí)行新課標(biāo)卷以來高考電化學(xué)試題 的考查中不難發(fā)現(xiàn)，“高考在考查學(xué)生電化學(xué)基礎(chǔ)知 識(shí)的同時(shí)，也考查基于模型認(rèn)知和變化觀念、證據(jù)推 理等素養(yǎng)，同時(shí)滲透灌輸創(chuàng)新意識(shí)和社會(huì)責(zé)任的素 養(yǎng)”^[2]。新型電池更是近年高考考查的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 如何在高三復(fù)習(xí)階段有效地建立起電化學(xué)的解題方 法，培育電化學(xué)復(fù)習(xí)中的核心素養(yǎng)，筆者從以下三個(gè) 方面進(jìn)行探討。

一、以氧化還原反應(yīng)為切入點(diǎn)，培育變化觀 念的素養(yǎng)

電化學(xué)知識(shí)中化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化，是通過 氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。在電化學(xué)的考查試題中，無 論是根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)推理電極上的反應(yīng)、書寫電極反 應(yīng)式，判斷電極反應(yīng)發(fā)生的現(xiàn)象、電子的轉(zhuǎn)移、離子的 移動(dòng)，還是物質(zhì)的制備、廢物的處理，都需要利用氧化 還原反應(yīng)的變化觀進(jìn)行分析，來解決問題。

例如，2016年全國(guó)卷I第11題，本題通過三室式 電滲析法處理含Na₂SO₄廢水的原理，考查了含離子交 換膜的電解池原理的應(yīng)用。電解池中的離子有H⁺、 OH^-、Na⁺、SO4^2-，在陰陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，需 要根據(jù)在氧化還原反應(yīng)中離子得失電子的優(yōu)先順序 進(jìn)行分析，根據(jù)反應(yīng)原理得出相應(yīng)變化和結(jié)論。電極 上發(fā)生氧化或還原的反應(yīng)原理是本題解題的關(guān)鍵。 再如，018年全國(guó)卷I第13題，以中國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)的 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的高效去除為背景，考查電解原理的應(yīng)用。解答 時(shí)要根據(jù)題中電池模型所示物質(zhì)的變化，結(jié)合元素化 合物性質(zhì)，通過氧化還原反應(yīng)原理分析，判斷電極及 電極反應(yīng)，從而推斷電極反應(yīng)式的書寫、電池總反應(yīng) 等內(nèi)容是否正確。本題側(cè)重考查學(xué)生獲取信息分析、 判斷，綜合運(yùn)用物質(zhì)變化和氧化還原反應(yīng)有關(guān)知識(shí)解 決問題的能力。其反應(yīng)原理分析，離不開氧化還原反 應(yīng)的本質(zhì)基礎(chǔ)。

氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)的重要內(nèi)容，也是高考 的必須考查點(diǎn)。高中化學(xué)中許多物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化屬 于氧化還原反應(yīng)。從上述例子可以看出，氧化還原反 應(yīng)不僅是高考的重要考點(diǎn)，又是電化學(xué)的重要基礎(chǔ)， 要順利理解和解答好有關(guān)電化學(xué)知識(shí)試題，離不開氧 化還原反應(yīng)原理的基礎(chǔ)。因此，在電化學(xué)復(fù)習(xí)過程 中，必須強(qiáng)化氧化還原反應(yīng)的復(fù)習(xí)理解。以氧化還原 反應(yīng)原理為切入點(diǎn)，培育變化觀念的素養(yǎng)，以此來提 高學(xué)生分析和解決電化學(xué)試題的能力。

二、以電極判斷為切入點(diǎn)，培育模型認(rèn)知的 素養(yǎng)

近年高考電化學(xué)試題以考查學(xué)生的能力和素養(yǎng) 為主，“電化學(xué)主要考查學(xué)生兩個(gè)方面的學(xué)科能力：一 是接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力;二是分析和解決 化學(xué)問題的能力”^[3]。高考化學(xué)學(xué)科對(duì)電化學(xué)考查的 具體內(nèi)容，最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的是原電池和電解池的構(gòu) 成、工作原理及應(yīng)用。應(yīng)用電池結(jié)構(gòu)認(rèn)知模型進(jìn)行原 理分析，可以有效地尋找證據(jù)，推理電極和電極反應(yīng)、 電子和離子的遷移方向、電極區(qū)域及附近的有關(guān)現(xiàn)象 和變化之間的相互關(guān)系，而達(dá)到解決問題的目標(biāo)。在 實(shí)際試題中，電池結(jié)構(gòu)比普通簡(jiǎn)單模型更為復(fù)雜。但 是，萬變不離其宗，以電極判斷作為切入點(diǎn)，是解決問 題的最有效辦法。

例如，2019全國(guó)卷皿第13題，以科學(xué)家利用三維 多孔海綿狀Zn（3D-Zn）可以高效沉積ZnO的特點(diǎn)，設(shè) 計(jì)的強(qiáng)堿性二次電池為背景，考查化學(xué)電源新型電 池。本題側(cè)重考查原電池和電解池原理，解答時(shí)需要 根據(jù)題給的電池反應(yīng)，利用氧化還原反應(yīng)原理正確判 斷電極是解答本題的關(guān)鍵。根據(jù)電極與氧化還原反 應(yīng)、離子遷移之間的關(guān)系，分析各個(gè)電極上發(fā)生的反 應(yīng)原理以及電極反應(yīng)式的書寫、離子移動(dòng)方向，推導(dǎo) 出正確答案。難點(diǎn)是根據(jù)題給的電池反應(yīng)，結(jié)合電解 質(zhì)特點(diǎn)，正確推理各個(gè)電極上電極反應(yīng)式的書寫。再 如，2018年全國(guó)卷：H第12題，本題以科學(xué)家研發(fā)的一 種室溫下“可呼吸”的 Na-CO2 二次電池為背景，考查 原電池和電解池原理。解答本題必須根據(jù)題給電池 總反應(yīng) ，依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理 ，正確判斷二次電池 中正負(fù)極、陰陽極，結(jié)合圖示電池模型信息，應(yīng)用電池 結(jié)構(gòu)認(rèn)知模型進(jìn)行原理分析，可以有效地推理電極和 電極反應(yīng)、以及離子遷移方向。電極判斷是解答本題 的關(guān)鍵。

上述例子說明，在高三復(fù)習(xí)階段，在構(gòu)建電池模 型認(rèn)知過程中，牢牢把握電極判斷的關(guān)鍵點(diǎn)，應(yīng)用好 氧化還原反應(yīng)的基礎(chǔ)，無論原電池還是電解池，只要 理順氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、離子遷移、電子遷移等與電 極之間的關(guān)系，將電極判斷作為切入點(diǎn)，是培育模型 認(rèn)知素養(yǎng)的關(guān)鍵和有效方法。

三、以高考試題為訓(xùn)練切入點(diǎn)，培育證據(jù)推 理和創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng)

近年來，高考電化學(xué)試題不斷創(chuàng)新，以新能源為 題材背景的新型電池，其選材新穎、范圍寬廣，更加注 重信息篩選處理能力和分析推理能力，對(duì)學(xué)生分析提 取有效信息、解決實(shí)際問題提出更高要求。為了適應(yīng) 這種變化，對(duì)學(xué)生進(jìn)行證據(jù)推理能力和創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng) 的培養(yǎng)尤為迫切。而以高考試題作為有效的訓(xùn)練切 入點(diǎn)，是一種優(yōu)選方案。

例如，017年全國(guó)卷DI第11題，以全固態(tài)鋰硫電 池為背景，考查新型電池，滲透創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng)。本題 主要考查原電池的工作原理以及電極反應(yīng)式的書寫。 考生根據(jù)題中電池模型所示的離子遷移方向，正確判 斷電池的正、負(fù)極，并根據(jù)圖示物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，結(jié)合氧化 還原反應(yīng)原理推理得出電極反應(yīng)式的書寫等內(nèi)容。 試題側(cè)重考查學(xué)生獲取信息分析、判斷，綜合運(yùn)用知 識(shí)，應(yīng)用證據(jù)推理解決問題的能力。解答本題的關(guān)鍵 是根據(jù)離子的遷移方向判斷原電池的正負(fù)極。再如， 2019年全國(guó)卷I第12題，本題利用生物燃料電池原理 研究室溫下氨的合成，素材來源于化學(xué)期刊上發(fā)表的 新型合成氨生物燃料電池，考查原電池原理及應(yīng)用。 本題能準(zhǔn)確利用反應(yīng)原理判斷正、負(fù)極是解題的關(guān) 鍵。試題涉及燃料電池正負(fù)極的判斷及離子的移動(dòng) 方向判斷，題目中滲透創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng)?？忌鶕?jù)題中 電池模型所示物質(zhì)的變化，結(jié)合元素化合物性質(zhì)和氧 化還原反應(yīng)原理分析，準(zhǔn)確判斷電極，應(yīng)用電池結(jié)構(gòu) 認(rèn)知模型進(jìn)行原理分析，進(jìn)而推理電極上的反應(yīng)原理 和電極反應(yīng)式的書寫、質(zhì)子的移動(dòng)方向。

高考電化學(xué)試題具有明確的考查目標(biāo)，試題素材 來源廣泛，素材選擇緊跟前沿科技和時(shí)代發(fā)展，角度 新穎并注重創(chuàng)新，但考查電池的本質(zhì)沒有變。其中電 極判斷、電極反應(yīng)分析及電極反應(yīng)式書寫、離子遷移 方向等重要的電化學(xué)考點(diǎn)高頻出現(xiàn)。以高考電化學(xué) 試題為復(fù)習(xí)訓(xùn)練切入點(diǎn)，可以在培養(yǎng)學(xué)生分析提取有 效信息的能力、強(qiáng)化鞏固電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，應(yīng) 用認(rèn)知模型和證據(jù)推理，提高學(xué)生解決電化學(xué)問題的 能力。對(duì)學(xué)生分析問題和解決問題能力具有很好的 訓(xùn)練效果，并能使學(xué)生的證據(jù)推理能力和創(chuàng)新意識(shí)素 養(yǎng)得到有效提高。

總之，電化學(xué)知識(shí)作為中學(xué)化學(xué)的重要內(nèi)容，又 是高考的重要考點(diǎn)和熱點(diǎn)，電化學(xué)知識(shí)滲透著化學(xué)多 方面學(xué)科素養(yǎng)，是學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)的很好載 體。在高三電化學(xué)復(fù)習(xí)過程中，應(yīng)用自身知識(shí)體系， 抓住少數(shù)關(guān)鍵要素，培育解決電化學(xué)問題的核心素 養(yǎng)。學(xué)生在復(fù)習(xí)鞏固電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，既提高 了分析問題和解決問題的能力，又培養(yǎng)了學(xué)科核心 素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：張賢金）