基礎與綜合兼顧，應用中考查創(chuàng)新

張思佩 孟凡盛

高考電化學試題通過精選有機電化學合成、真實電化學裝置和新型離子交換膜電解槽等內(nèi)容，既落實了“基礎性、綜合性、應用性、創(chuàng)新性”的新高考命題要求，又很好地考查了學生在新情境中提取信息，結(jié)合已有知識解決實際問題的化學核心素養(yǎng)。本文依托2021年高考電化學真題，分析了命題新趨勢，為2022年高考電化學模塊的復習備考提出了一些建議，希望對同學們有所幫助。

一、精選有機電化學合成，體現(xiàn)“無機”與“有機”相結(jié)合的綜合性命題趨勢

有機電化學合成是用電化學的方法進行有機合成的技術，通過有機分子或催化媒質(zhì)在“電極/溶液”界面上的電荷傳遞、電能與化學能相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)舊鍵斷裂和新鍵形成。有機電化學合成具有反應條件溫和、反應試劑純凈和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。利用有機電化學合成設計試題能充分體現(xiàn)“無機”與“有機”相結(jié)合的新趨勢。

【例1】（2021年高考遼寧卷第13題）利用OO（Q）與HOOH（QH2）電解轉(zhuǎn)化法從煙氣中分離CO2的原理如圖1所示。已知氣體可選擇性通過膜電極，溶液不能通過。下列說法錯誤的是（ ）

【分析】讀圖知，M極的OO（Q）加氫還原為HO OH（QH2），故M極為陰極，電極反應為：OO（Q）+2H2O+2e-=HO OH（QH2）+2OH-，與M極相連的電源a為負極，電源b為正極，則N極為電解池的陽極，電極反應為：HO OH（QH2）-2e-=OO+2H+。

由分析知，a為電源負極，故A正確;根據(jù)分析中陰極和陽極的電極反應，電子守恒時陰極消耗的Q與陽極生成的Q相等，溶液中Q的物質(zhì)的量保持不變，故B正確;整個過程中CO2未被還原，CO2與M極生成的OH-發(fā)生反應生成HCO3-：CO2+OH-=HCO3-，故C錯誤;HCO3-與 N極上生成的H+反應放出CO2：HCO3-+H+=H2O+CO2↑，故分離出的CO2從出口2排出，故D正確。

【答案】C

【備考啟示】重視有機官能團轉(zhuǎn)化過程中的氧化、還原反應，據(jù)此快速準確判斷電極名稱。例如，題中羰基轉(zhuǎn)化為羥基，屬于加氫過程，是還原反應，故可快速判斷出左側(cè)的M極是電解池的陰極。類似的有機轉(zhuǎn)化還有：羥基轉(zhuǎn)化為醛基或羰基、醛基轉(zhuǎn)化為羧基等去氫或加氧過程是氧化反應，應該在電解池的陽極表面發(fā)生;醛基或羰基轉(zhuǎn)化為羥基、硝基轉(zhuǎn)化為氨基等加氫或去氧過程是還原反應，應該在電解池的陰極表面發(fā)生。

二、精選多種真實電化學裝置，落實化學學科核心素養(yǎng)為導向的命題框架

新課程標準要求高考命題必須準確把握“核心素養(yǎng)”“真實情境”“實際問題”和“化學知識”四個要素在命題中的定位與相互聯(lián)系，構(gòu)建以化學學科核心素養(yǎng)為導向的命題框架（如圖2）：

例如，全國乙卷的“管道口設置一對惰性電極圖”、湖南卷的“三單體串聯(lián)鋅溴液流電池工作原理圖”、遼寧卷的“某液態(tài)金屬儲能電池圖”、浙江卷的“某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)圖”，真實的電化學裝置圖既能在命題形式上起到推陳出新的效果，又能更好地評價學生在新情境中提取有效信息的化學學科核心素養(yǎng)以及學業(yè)質(zhì)量標準的達成程度，同時還能讓學生身臨其境地感受化學在人類發(fā)展過程中的巨大作用。

【例2】（2021年遼寧卷第10題）如圖3所示，某液態(tài)金屬儲能電池放電時產(chǎn)生金屬化合物Li3Bi。下列說法正確的是（ ）

【分析】由題干信息可知，放電時，由于M極上Li比Ni更活潑，也比N極上的Sb、Bi、Sn更活潑，故M極為電池負極，電極反應為：Li-e-=Li+;N極為電池正極，電極反應為：Bi+3e-+3Li+=Li3Bi。

放電時，M極液態(tài)鋰失去電子被氧化為Li+：Li-e-=Li+，故A錯誤;電池放電時，電解質(zhì)中的陽離子移向正極，即Li+由M電極（負極）向N電極（正極）移動，故B正確;由二次電池的原理可知，充電時M電極的反應是放電時M電極反應的逆過程：Li++e-=Li，故電極質(zhì)量增大，故C錯誤;充電時，N電極反應是放電時N電極反應的逆過程：Li3Bi-3e-=3Li++Bi，故D錯誤。

【答案】B

【備考啟示】（1）同學們在備考時需要熟練掌握的必備知識是電極名稱：放電時，電池的電極一般叫正極或負極;充電時，電池正極與外接直流電源正極相連作電解池的陽極，電池負極與外接直流電源負極相連作電解池的陰極。

（2）對于可充電電池（二次電池），充電時和放電時同一電極上發(fā)生的反應互為逆過程，例如鉛酸蓄電池充電、放電電極反應列表比較如下：

充電 放電

陽極反應：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+ 4H++SO42- 正極反應：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O

陰極反應：PbSO4+2e-=Pb+SO42- 負極反應：Pb+SO42--2e-=PbSO4

電池總反應：2PbSO4+2H2OPbO2+ Pb+4H++SO42-

三、精選離子交換膜電解槽，考查模型認知和證據(jù)推理過程中的創(chuàng)新思維

離子交換膜將電解槽發(fā)生還原反應的陰極室和發(fā)生氧化反應的陽極室分開，避免了副反應的發(fā)生，提高了電解效率。

【例3】（2021年湖北卷第15題）Na2Cr2O7的酸性水溶液隨著H+濃度的增大會轉(zhuǎn)化為CrO3。電解法制備CrO3的原理如圖4所示，下列說法錯誤的是（ ）

【解析】根據(jù)右側(cè)電極上生成H2推知，右側(cè)電極上發(fā)生放氫生堿的還原反應：4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，右側(cè)電極為陰極。根據(jù)左側(cè)電極上生成O2推知，左側(cè)電極上發(fā)生放氧生酸的氧化反應：2H2O-4e-=4H++O2↑，左側(cè)電極為陽極。一般情況中，在電場作用下，陽離子（H+）定向移動至陰極;但在本題中，若氫離子通過離子交換膜定向移動至陰極室，陽極室氫離子濃度不能增大，重鉻酸根離子就不能轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物CrO3。考生應認識到應該是陽極室的鈉離子定向移動，通過離子交換膜進入陰極室。

由題意知，左室中Na2Cr2O7隨著H+濃度增大轉(zhuǎn)化為CrO3：Cr2O72-+2H+=2CrO3+H2O，因此陽極生成的H+不能通過離子交換膜，通過離子交換膜的是Na+，故A錯誤。陰極發(fā)生的電極反應為4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，結(jié)合陽極反應方程式，可知生成的O2與H2的物質(zhì)的量之比為1∶2，質(zhì)量比為8∶1，故B正確。陰極反應為4H2O+4e-=4OH-+2H2↑，電解一段時間后陰極區(qū)溶液OH-的濃度增大，故C正確。Na2Cr2O7的酸性水溶液隨著H+濃度的增大會轉(zhuǎn)化為CrO3：Cr2O72-+2H+=2CrO3+H2O，故D正確。

【答案】A

【備考啟示】依據(jù)“證據(jù)推理與模型認知”解電化學試題的一般步驟為：①根據(jù)實驗現(xiàn)象或原理圖中的信息和文字信息，判斷電極名稱（電解池中，要判斷電極是否為活性陽極）;②依據(jù)信息寫出電極反應式和總反應式;③判斷電解質(zhì)中離子的移動方向或根據(jù)電子守恒進行相關計算。