2016—2021年高考全國(guó)卷Ⅲ電化學(xué)部分考查與解題策略分析*

張 瑞，張 吉，董春燕，楊艷華，李艷妮

(昆明學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650214)

自全國(guó)卷Ⅲ面世以來(lái)，電化學(xué)模塊一直都是高頻考點(diǎn)，從未間斷的出現(xiàn)，足以證明該模塊在高考中的重要性。電化學(xué)模塊的題材來(lái)源廣泛，內(nèi)容新穎有趣，但內(nèi)容涵蓋較廣。電化學(xué)模塊展現(xiàn)科學(xué)飛速發(fā)展的新成就、新成果，極大程度地豐富了課程內(nèi)容的情景素材，落實(shí)電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與學(xué)習(xí)能力的考查，使化學(xué)核心素養(yǎng)與學(xué)生的全面發(fā)展緊密結(jié)合。電化學(xué)作為氧化還原反應(yīng)的拓展延伸，試題考查的基礎(chǔ)知識(shí)比較全面，融合了諸多模塊內(nèi)容的知識(shí)，內(nèi)容豐富，注重理論與實(shí)際的結(jié)合，于無(wú)形之中要求學(xué)生學(xué)以致用，是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

本文統(tǒng)計(jì)分析了2016—2021年全國(guó)卷Ⅲ的電化學(xué)命題，總結(jié)核心考點(diǎn)，尋求系統(tǒng)的解題思路與方法，進(jìn)而幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率，幫助教師預(yù)備好電化學(xué)模塊教與學(xué)的深度與廣度。

1 高考全國(guó)卷Ⅲ電化學(xué)試題的歸納總結(jié)與分析

對(duì)近六年的高考全國(guó)卷Ⅲ電化學(xué)試題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體情況如表1所示。電化學(xué)模塊屬于高頻考點(diǎn)，每年必考，所占分值在6～20分，核心考點(diǎn)基本不變。其中，考查電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)的幾率為100%，與物質(zhì)的量模塊的聯(lián)動(dòng)較為密切，因此，該表可以快速直觀地了解到全國(guó)卷Ⅲ中電化學(xué)模塊的命題趨勢(shì)，便于切實(shí)掌握好電化學(xué)模塊的重難點(diǎn)。

表1 2016—2021年高考全國(guó)卷Ⅲ電化學(xué)真題多維表

表1(續(xù))

高考全國(guó)卷Ⅲ電化學(xué)模塊每年必考一個(gè)選擇題，有時(shí)還會(huì)以填空題的題型出現(xiàn)，但從2018—2021年來(lái)看，填空題的數(shù)量有所下降，近兩年沒(méi)有出現(xiàn)。由此推測(cè)2022年也將延續(xù)以往的傳統(tǒng)，以選擇題的方式考查的概率更高。

電化學(xué)模塊分為兩個(gè)教學(xué)時(shí)段：第一部分在人教版化學(xué)必修第二冊(cè)第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能，對(duì)原電池進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臉蛄?。通過(guò)圖示的方式介紹了電池的發(fā)展過(guò)程：干電池—充電電池—燃料電池，讓學(xué)生結(jié)合生活實(shí)際，對(duì)電池的發(fā)展史有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。這部分知識(shí)體系比較簡(jiǎn)單，邏輯性較強(qiáng)，便于學(xué)生理解記憶，結(jié)合簡(jiǎn)易電池(或水果電池)的設(shè)計(jì)與制作探究實(shí)驗(yàn)，能夠很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)電化學(xué)的興趣。與該模塊關(guān)聯(lián)的考點(diǎn)是之前學(xué)過(guò)的金屬活動(dòng)順序和氧化還原反應(yīng)。

第二部分是在人教版化學(xué)選擇性必修4的第四章電化學(xué)基礎(chǔ)，知識(shí)的編排采用螺旋上升的進(jìn)階，開(kāi)篇介紹了銅鋅原電池的雙池結(jié)構(gòu)圖，引入了鹽橋的概念，系統(tǒng)地闡述了原電池的工作原理，然后對(duì)第一部分涉及的三種電池的工作原理進(jìn)行闡述，電極反應(yīng)和電池反應(yīng)也進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。緊接著又介紹另一種裝置——電解池，電解池是可以將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的橋梁，從電解池的具體工作原理和電解原理的實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)學(xué)習(xí)，該節(jié)涉及物質(zhì)的量計(jì)算，難度偏大。最后介紹金屬的腐蝕與防護(hù)，是氧化還原知識(shí)在原電池和電解池方面的綜合利用。

從圖1看出，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、電池的工作原理和離子遷移的方向考查頻率較高，屬于重點(diǎn)中的高頻考點(diǎn)。此外，核心考點(diǎn)清晰明確，只是題目信息的呈現(xiàn)形式在發(fā)生變化。例如，2020年的高考全國(guó)卷Ⅲ中的第12題與2021年的高考甲卷的第13題同樣是利用電極方程式計(jì)算，2020年已知通過(guò)的電子數(shù)目去算出產(chǎn)物的量，而2021年則是利用已知產(chǎn)物的量去計(jì)算出通過(guò)的電子數(shù)目。對(duì)于大多數(shù)學(xué)生來(lái)說(shuō)，一旦更換表述，就沒(méi)有解題的思路，這說(shuō)明基礎(chǔ)不扎實(shí)，看待問(wèn)題的角度不全面，才導(dǎo)致解題時(shí)無(wú)從下手，失分嚴(yán)重。因此，學(xué)生需要擁有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和敏銳的洞察力來(lái)應(yīng)對(duì)考題。

圖1 2016—2021年全國(guó)卷Ⅲ電化學(xué)知識(shí)點(diǎn)考查頻率

2 電化學(xué)考查涉及的核心素養(yǎng)

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力[1]。化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)融合了化學(xué)知識(shí)與技能、化學(xué)思想觀念、科學(xué)探究與問(wèn)題解決能力、創(chuàng)新思維與社會(huì)責(zé)任感等多方面內(nèi)容[2]。因此，課程的教學(xué)更加切合實(shí)際、緊跟時(shí)代步伐，以開(kāi)放、包容、新穎有趣的形象，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用能力，以適應(yīng)科學(xué)技術(shù)高速融合發(fā)展。

由圖2可知，并不是所有的核心素養(yǎng)都在考查范圍內(nèi)，高考全國(guó)卷Ⅲ中電化學(xué)模塊考查較多的是變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知這兩個(gè)核心素養(yǎng)。變化觀念與平衡思想旨在考驗(yàn)學(xué)生隨機(jī)應(yīng)變能力，跳出思維定勢(shì)，提取圖表上所蘊(yùn)含的有用信息，結(jié)合已有知識(shí)基礎(chǔ)，得出正確答案。例如，根據(jù)電池工作原理圖上所給的離子移動(dòng)方向，判斷電極的類型。證據(jù)推理與模型認(rèn)知是從已有電池模型和題目信息作為解題的突破口，抽絲剝繭地進(jìn)行分析，使每一步都能有理有據(jù)。如新型二次電池的充放電原理，基本是作為已知條件來(lái)給出，但要解題還必須掌握“充電作電解池、放電作原電池”這個(gè)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)去具體問(wèn)題具體分析。

圖2 2016—2021年電化學(xué)模塊考查的學(xué)科核心素養(yǎng)占比統(tǒng)計(jì)

總而言之，教師在日常教學(xué)活動(dòng)中，應(yīng)以核心素養(yǎng)為基準(zhǔn)進(jìn)行教學(xué)，以適應(yīng)新高考選拔人才的需要。同時(shí)，凝練相關(guān)科技前沿素材，與氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的量等模塊進(jìn)行有機(jī)融合，便成為一道有針對(duì)性、能鞏固學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)、培養(yǎng)基本素養(yǎng)的試題[3]。此外，教師在進(jìn)行試題創(chuàng)新時(shí)應(yīng)充分利用新材料、新能源、新模式等素材，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，強(qiáng)化其信息整合能力和邏輯推理能力。在試題創(chuàng)新的過(guò)程中，應(yīng)立足于基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，結(jié)合電化學(xué)最新發(fā)展命題，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，為教學(xué)注入新活力。

3 解題的策略

電化學(xué)試題形式多樣，考查內(nèi)容較廣，知識(shí)點(diǎn)碎片化，對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的要求比較高，學(xué)生們常常感覺(jué)比較吃力，無(wú)從下手，因而掌握一定的分析方法與解題策略能起到事半功倍的效果。

1)拆圖

從題目中給出的條件或圖示，首先判斷屬于電解池還是原電池，再?gòu)膱D中帶電粒子的移動(dòng)方向或物質(zhì)化合價(jià)的變化情況，判斷發(fā)生的反應(yīng)類型及電極類型，最后，書(shū)寫(xiě)出電極方程式和電池反應(yīng)方程式。

①電解池：有電源。陽(yáng)極連接電源正極，在工作過(guò)程中失去電子、物質(zhì)化合價(jià)升高、發(fā)生氧化反應(yīng)、電解質(zhì)溶液中的陰離子從陰極向陽(yáng)極移動(dòng)；陰極連接電源負(fù)極，在工作過(guò)程中得到電子、物質(zhì)化合價(jià)降低、發(fā)生還原反應(yīng)、電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子從陽(yáng)極向陰極移動(dòng)。

天然氣溫度低，且密度比空氣大，一旦泄漏會(huì)聚集于地面，不易擴(kuò)散;而當(dāng)天然氣在常溫時(shí)，密度會(huì)小于空氣，泄漏后極易揮發(fā)擴(kuò)散，因此，在氣化站設(shè)置EAG處理器和泄放管，最終匯集到泄放塔中集中排放，保障工藝的安全性。

②原電池：連接著負(fù)載。正極是化學(xué)性質(zhì)不活潑的物質(zhì)，在工作過(guò)程中得到電子、物質(zhì)化合價(jià)降低、發(fā)生還原反應(yīng)、電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子從負(fù)極向正極移動(dòng)；負(fù)極是化學(xué)性質(zhì)較活潑的金屬單質(zhì)，在工作過(guò)程中失去電子、物質(zhì)化合價(jià)升高、發(fā)生氧化反應(yīng)、電解質(zhì)溶液中的陰離子從正極向負(fù)極移動(dòng)。

③燃料電池：負(fù)極連接燃料、正極連通空氣或氧氣。例如，氫氧燃料電池，正極通入氧氣，氧氣是單質(zhì)，化合價(jià)為零，與燃料反應(yīng)后化合價(jià)降低，則氫氣所在的那一端就是負(fù)極。

④二次電池：充電時(shí)是電解池，放電時(shí)是原電池，且總反應(yīng)式的反應(yīng)物與產(chǎn)物是相反的，但又不是可逆反應(yīng)，因條件不一樣。

2)書(shū)寫(xiě)正確的電極反應(yīng)方程式和總反應(yīng)方程式

標(biāo)出相關(guān)化合物中元素化合價(jià)的變化，電子的得失情況，保持物料守恒和電荷守恒，正確書(shū)寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的電極方程式和電池反應(yīng)方程式。與此同時(shí)，特別注意電解質(zhì)溶液的環(huán)境，如堿性環(huán)境不能存在H+，酸性環(huán)境不能有OH-離子，出現(xiàn)則書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤。

3)電極周?chē)鷓H的變化

電極周?chē)娊赓|(zhì)溶液pH的變化與H+濃度和OH-濃度有關(guān)，因此在解答此類問(wèn)題時(shí)要著重分析電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式，從而可以了解H+濃度和OH-濃度的變化情況。如某電極消耗H+離子或生成OH-離子則pH增大，反之亦然。

除此之外，電解質(zhì)溶液pH的變化還可以看總反應(yīng)式：

①總反應(yīng)只消耗H+則pH變大；

②若只消耗OH-則pH變??；

③如若反應(yīng)中有水產(chǎn)生，則相當(dāng)于稀釋了原溶液，當(dāng)原溶液呈酸性，pH變大；當(dāng)原溶液呈堿性，pH變小。如若反應(yīng)中有水被消耗，則相當(dāng)于減少了溶劑，當(dāng)原溶液呈酸性時(shí)，pH變小；當(dāng)原溶液呈堿性時(shí)，pH變大。

4)根據(jù)電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式進(jìn)行相關(guān)量的計(jì)算，關(guān)鍵是把握好物料守恒和電荷守恒。

5)腐蝕與防護(hù)

金屬腐蝕機(jī)理分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種[4]。①區(qū)別：化學(xué)腐蝕是金屬直接與氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)接觸；而電化學(xué)腐蝕是不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸，形成原電池，加快氧化還原反應(yīng)速率，較為活潑的金屬被氧化，產(chǎn)生微弱的電流。②聯(lián)系：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕常同時(shí)發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕的反應(yīng)速率大于化學(xué)腐蝕的速率，且更為普遍，對(duì)社會(huì)造成的危害極為嚴(yán)重，致使金屬損失加劇。

鋼鐵的電化學(xué)腐蝕的類型：析氫腐蝕和吸氧腐蝕。①區(qū)別：析氫腐蝕的水膜酸性較強(qiáng)，吸氧腐蝕的水膜酸性很弱或呈中性。②牢記正極反應(yīng)方程式。

金屬的防護(hù)：①電化學(xué)防護(hù)，可以利用電解池原理進(jìn)行外加電流的陰極保護(hù)法，還可以利用原電池原理進(jìn)行犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法；②制成相應(yīng)的合金，從而改變金屬的組成或內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使金屬具有不同的性質(zhì)，適應(yīng)性更強(qiáng)，應(yīng)用更為廣泛；③在要保護(hù)的金屬表面覆蓋一層保護(hù)膜：噴漆、電鍍和金屬鈍化。

6)在注重基礎(chǔ)知識(shí)講授的前提下，可以通過(guò)引入一些新穎的前沿化學(xué)知識(shí)，即激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，又呈現(xiàn)中國(guó)成就，傳遞愛(ài)國(guó)情懷[5]。并且，改變課堂模式，著重培養(yǎng)學(xué)生的思考與辨析的能力，以適應(yīng)日趨復(fù)雜多變的考題。

4 小結(jié)

綜上分析，近6年全國(guó)卷Ⅲ的電化學(xué)試題的核心考點(diǎn)變化不大，僅是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)細(xì)微調(diào)整或變動(dòng)。通過(guò)分析題目類型和內(nèi)容，總結(jié)出一些具有針對(duì)解題有幫助的建議，幫助學(xué)生立足學(xué)科核心素養(yǎng)，整理清楚系統(tǒng)分析題目和解答題目的思路，夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，突破難點(diǎn)。同時(shí)，為試題的編制創(chuàng)新提供一定的方向。