巧用“H、O原子數(shù)目”突破有機(jī)物參與的電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)

王 明 鄧陽(yáng)洋

(重慶市育才中學(xué)校)

電化學(xué)原理是普通高中化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》中的重要組成部分,也是高考化學(xué)中的必考部分。隨著科技的發(fā)展,與有機(jī)物相關(guān)的電池越來(lái)越多。高考試題所追求的真實(shí)情境是科技和社會(huì)發(fā)展在試題中的真實(shí)再現(xiàn),以有機(jī)物為素材的電化學(xué)原理考查逐年增加,此時(shí)電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)就成為了解題的關(guān)鍵!參與電極反應(yīng)的物質(zhì),不管是無(wú)機(jī)物還是有機(jī)物,其本質(zhì)總是相同的——某些微粒在電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)?？紙?chǎng)上想快速、準(zhǔn)確地寫(xiě)出電極反應(yīng)式,確定相關(guān)元素的價(jià)態(tài)就顯得尤為重要。遺憾的是,很多復(fù)雜有機(jī)物中元素價(jià)態(tài)較難確定,對(duì)解決此類問(wèn)題造成了很大的困擾。那么,這類電極反應(yīng)怎么才能快速、準(zhǔn)確地寫(xiě)出呢?教學(xué)中,筆者運(yùn)用“H、O原子數(shù)目”理論,很好地突破了此類問(wèn)題。

1.教材中的電有機(jī)合成

上述書(shū)寫(xiě)流程如圖1所示。

圖1 電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)模型

2.高考試題中的電有機(jī)合成

從典型例題得出書(shū)寫(xiě)模型(模型認(rèn)知)并不是學(xué)習(xí)終點(diǎn),運(yùn)用模型解決真實(shí)情境中的真實(shí)問(wèn)題(證據(jù)推理)才是關(guān)鍵?，F(xiàn)簡(jiǎn)單列舉幾例,論述如下。

【例1】(2021年全國(guó)甲卷,13題)乙醛酸是一種重要的化工中間體,可采用如圖所示的電化學(xué)裝置合成,圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H+和OH-,并在直流電場(chǎng)作用下分別向兩極遷移,下列說(shuō)法中正確的是

( )

A.KBr在上述電化學(xué)合成過(guò)程中只起電解質(zhì)的作用

C.制得2 mol乙醛酸,理論上外電路中遷移了1 mol電子

D.雙極膜中間層中的H+在外電場(chǎng)作用下向鉛電極方向遷移

利用上面的分析,選項(xiàng)A、B明顯錯(cuò)誤;電解池中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng),故D明顯正確;外電路遷移2 mol電子時(shí),陰極和陽(yáng)極區(qū)共產(chǎn)生2 mol乙醛酸,故C錯(cuò)誤。綜上,本題正確答案為D。

( )

A.a為電源負(fù)極

B.溶液中Q的物質(zhì)的量保持不變

C.CO2在M極被還原

D.分離出的CO2從出口2排出

3.試題的再次創(chuàng)新

重慶卷歷年高考試題中,電化學(xué)部分創(chuàng)新較多,現(xiàn)以2022年和網(wǎng)絡(luò)流傳的2023年重慶卷試題為例,簡(jiǎn)單分析其變化趨勢(shì)。

3.1 電極區(qū)域內(nèi)反應(yīng)增多

【例3】(2022年重慶卷,12題)硝酮是重要的有機(jī)合成中間體,可采用“成對(duì)間接電氧化”法合成。電解槽中水溶液的主要成分及反應(yīng)過(guò)程如圖所示。

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

( )

A.惰性電極2是陽(yáng)極

C.消耗1 mol O2,可得到1 mol硝酮

D.外電路通過(guò)1 mol電子,可得到1 mol水

3.2 有機(jī)物結(jié)構(gòu)變得更復(fù)雜

【例4】(網(wǎng)絡(luò)版,2023年重慶卷)電化學(xué)合成是一種綠色高效的合成方法,如圖是在酸性介質(zhì)中電解合成半胱氨酸和煙酸的示意圖,錯(cuò)誤的是

( )

A.電極a為陰極

B.H+從電極b移向電極a

D.生成3 mol半胱氨酸的同時(shí)生成1 mol煙酸

高考考查的“必備知識(shí)和關(guān)鍵能力”,主要由三個(gè)部分的要求整合而成,即高校專業(yè)學(xué)習(xí)要求、普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)、歷年高考考查的知識(shí)和能力。在這三個(gè)部分中,一線教師和學(xué)生最熟悉的一般是“歷年高考考查的知識(shí)和能力”,另外,高考要考查的前兩個(gè)部分內(nèi)容,也都是通過(guò)第三個(gè)部分呈現(xiàn)出來(lái)的。只有研究高考才能預(yù)測(cè)高考,從而指導(dǎo)我們科學(xué)備考。