思维建模在电化学复习中的实践研究*
时间：2023-03-11 10:20:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
王 娜
（兰州市第二十七中学 甘肃兰州 730000）
电化学知识是高考重点考查内容。笔者统计了近五年全国高考理综试卷选择题，发现电化学选择题出现了13次，出现率为92.9%，分值至少6分；
常见电化学考查类型有：原电池，电解池和二次电池（充放电电池）三类；
出题方式一般在题材新颖，情景陌生的背景下，考查电化学基本原理和基础知识，侧重考查学生读题识图，提取有效信息，分析推理能力，落实证据推理与模型认知核心素养。［1］因此，学生从陌生情境中提取有效信息，并将有效信息与已有知识结合进行分析推理是解题关键。
笔者对所教高三两个班级部分学生进行了访谈，结果表明，学生对学习电化学存在以下问题：1.知识碎片化严重，难以构成完整的知识体系，容易混淆原电池和电解池，对基本原理也含糊不清；
2.即使对基本原理清晰的学生，在题材新颖，情境陌生的情形下，也无法准确提取有效信息、理清思路；
3.学生做题无快捷有效思路，且理综答题时间较为紧张，大部分学生仍有蒙题的成分，无法准确判断选项，由此产生畏惧心理，电化学选择题得分率也相对较低。通过访谈，笔者认为造成这种现象的主要原因是学生平常做题时没有对电化学题型的考点和方法进行总结归纳，以至于知识不成体系，做题没有方法。基于此，笔者通过对近几年全国高考电化学选择题进行研究，并整理凝练电化学常考的知识点，建构解题思维模型，以期帮助学生建立电化学知识体系，提升读题识图、分析推理能力，并提高答题准确度。
表1为笔者统计的近五年高考全国卷电化学选择题内容。通过表1数据可看出，考查内容基本属于电化学基本原理和基础知识。因此，笔者借助图示将电化学基本原理和基础知识建模，帮助学生快速、清晰地将碎片化的知识系统化；
将基本原理关键字凝练整理，方便学生理解记忆。
表1 近五年高考全国卷电化学选择题分析
1.电化学原理建模
电化学原理思维模型建立的基础是电子的得失。如图1所示，原电池负极失电子（发生氧化反应）经外电路流向正极得电子（发生还原反应），在内电路中，阴离子流向负极（失电子生成更多的正电荷），阳离子流向正极，构成闭合回路，形成电流（电流方向与电子方向相反），关键字：“原负失阴”（原电池负极失电子，阴离子移向负极），正极相反。外加电源正极连接电解池阳极失电子（发生氧化反应）经外电路流向阴极得电子（发生还原反应），在内电路中，阴离子流向阳极，阳离子流向阴极，构成闭合回路，形成电流，关键字：“正阳失阴”（正极连接阳极，失电子，阴离子移向阳极），阴极相反。二次电池为原电池（放电）和电解池（充电）的结合，放电时正极得电子，充电时变为阳极失电子，并连接外加电源的正极；
放电时负极失电子，充电时变为阴极得电子，并连接外加电源的负极。
2.电化学解题思维模型
在电化学原理思维模型的基础上，结合高三专题复习教学实践，笔者试图打破以往知识点记忆和陈述的传统复习方法，采用一读（信息提取）——二辩（模型认知）——三判（模型构建）——四析（问题解析）的阶梯式复习模式（图2），引导学生建立思维模型，提高专题复习效率，启发学生模型化解决复杂问题的思维，促进学科综合素养的发展。
图2 电化学专题解题思维模型
例1（.2020年全国（新课标Ⅲ））一种高性能的碱性硼化钒（VB2）—空气电池如图3所示，在VB2电极发生反应。该电池工作时，下列说法错误的是（）
图3 电池示意图
A.负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L（标准状况）O2参与反应
B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O====8B(OH)-4+4VO
D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
解析：
一读：关键信息：“碱性硼化钒（VB2）—空气电池”“VB2电极发生反应：VB2+16OH--11e-====VO+2B(OH)-4+4H2O“”说法错误的是”；
图中“，KOH溶液”。
二辨：从题干“碱性硼化钒（VB2）—空气电池”辨别该装置为原电池。根据“原负失阴”判断正负极。
三判：从VB2+16OH--11e-====VO+2B(OH)-4+4H2O分析VB2失e-，判断该原电池的负极为硼化钒（VB2），空气为正极。
四析：分析选项，A项，根据“原负失阴”已判断空气为正极，故O2得电子的还原产物为OH-中-2价的O，所以每个O2得4个电子，标准状况下0.224 L（0.01 mol）O2得0.04 mol电子，即负极通过0.04 mol电子，故A正确；
B项，由负极方程式判断，负极消耗OH-，负极区溶液的pH应降低，经分析正极电极反应方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，所以正极区溶液的pH应升高，故B错误；
C项，根据“原负失阴”分析得正负极分别为VB2和O2，电解质为碱性，再结合题干所给负极方程式，判断该总反应正确，故C正确；
D项，根据“原负失阴”已判断出复合碳电极（空气）做正极，VB2电极做负极，电流由正极到负极，故D正确。答案选B。
例2.（2021全国甲卷）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图4所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是（）
图4 电化学装置图
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
C.制得2 mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 mol电子
D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
解析：
从题干“直流电场作用下”和图中“电源”辨别该装置为电解池。再根据“正阳失阴”判断阳极为石墨电极，进而分析出B错误；
A项，石墨电极反应为2Br--2e-→Br2，所以KBr不只起电解质的作用，还作为还原剂，故A错误；
C项，阳极区生成1 mol乙醛酸失去2 mol电子，同时阴极区得到2 mol电子，也生成1 mol乙醛酸，故C错误。答案选D。
例3（.2020年全国（新课标Ⅰ））科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如图5所示，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是（）
图5 电池示意图
A.放电时，负极反应为Zn-2e-+4OH-==Zn(OH)
B.放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C.充电时，电池总反应为2Zn(OH)24-==2Zn+O2↑+4OH-+2H2O
D.充电时，正极溶液中OH-浓度升高
解析：
从题干“放电时”和图中“放电、充电”辨别该装置为二次电池。放电即为原电池，根据“原负失阴”判断出Zn为负极，故A正确；
B项，CO2～HCOOH～2e-，故B正确；
充电即为电解池，根据“正阳失阴”判断充电时阳极H2O→O2，阴极Zn(OH)→Zn，故C正确；
D项，阳极反应：2H2O-4e-=4H++O2，溶液中（cH+）增大，当温度不变时，KW不变，因此溶液中（cOH-）降低，故D错误。答案选D。
例4.（2020年全国统一考试化学试题（新课标Ⅱ））电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。图6为某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是（）
图6 某电致变色器件的示意图
A.Ag为阳极
B.Ag+由银电极向变色层迁移
C.W元素的化合价升高
D.总反应为：WO3+xAg=AgxWO3
解析：
从题干“当通电时”和图中“电源”辨别该装置为电解池。根据“正阳失阴”判断阳极为Ag，阴极为WO3，进而分析出A、B选项正确；
从题干与图示分析D选项正确。答案即为C。
通过以上的典例解析，结合电化学专题复习过程中总结的教学经验，笔者构建了电化学专题复习思维导图（图7），将高三电化学解题技巧进行剖析和凝练，将知识点进行系统化、脉络化、网络化梳理与总结，以相对独立又互相联系的思维模块将电化学复习单元进行有机整合，从根本上帮助学生解决电化学相关问题，构建清晰、高效的思维模型，消除模型认知障碍，形成运用思维建模解决相关问题的习惯，促进学生思维的阶梯式发展与核心素养跨越式发展［2］。
图7 电化学专题复习思维导图
笔者将上述方法用于课堂实践，学生在理解基本原理模型的基础上，能够有效掌握解题思维模型，基本能在实践中快速、准确地做出电化学选择题。近几年高考题已逐渐从知识考查转变为素养考查，电化学也不例外，题材新颖，情境陌生的题型也成为主流，主要考查学生读题识图、提取关键信息、分析推理能力，培养证据推理与模型认知核心素养。因此，透过现象看到本质最为关键，通过将电化学基本知识、原理和解题思路进行思维建模，帮助学生透彻理解电化学的本质与核心，引导学生提升自我能力，落实核心素养培养。
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