建立思維模型，培養學生在電化學高考備考中的化學核心素養

楊曉珍

摘 要：電化學是有實用性的、最具創造性的科學原理，是可以使人類生活更加美好的科學基礎，是能夠滿足社會需要的重要理論支撐。然而，由于電化學理論知識抽象難懂，如果教師僅僅單一地灌輸性教學，學生的學習積極性就不高，更談不上主動參與化學活動，就會導致化學課堂效率很低。因此，在電化學高考備考過程中，要求教師要采用多種教學方法，培養學生學會用分類思想來歸納總結，培養學生對電化學原理的原認知過程，提高學生的綜合遷移能力、自主學習能力，掌握化學的微粒觀等重要化學思維，讓學生在精彩的化學課堂中實現高效發展，在化學高考備考中吸收重要的化學核心素養。

關鍵詞：化學核心素養；思維模型；化學思維；高效備考

一、電化學題型特點

電化學題型具有明顯的化學學科特點，是現在每年高考理綜卷的必考題型，是將基本概念、基本理論、元素單質及其重要化合物知識與化學實驗及簡單計算有機結合起來的綜合題型。在高三復習中抓住電化學題型，不僅能進一步加深元素及其化合物的有關知識，還能培養分析推理、觀察思維、獲取信息及綜合應用的能力。

二、電化學解題策略的培養

無論電化學題屬于哪種裝置，均遵循這樣的推斷思路：迅速瀏覽裝置判斷是原電池還是電解池，整體掃描正負極或陰陽極尋找“突破口”，解題的關鍵是仔細審題，順藤摸瓜，找到合適的答案。化學解題雖然沒有一成不變的方法模式，但應建立解題的基本思維模式：題示信息+基礎知識+邏輯思維。掌握正確的解題方法能簡化解題過程，提高解題能力。廣東省高考中的新型電池，例如“氫鎳電池”“高鐵電池”“堿性鋅—錳電池”、我國首創的“海洋電池”“燃料電池”（如新型細菌燃料電池、氫氧燃料電池、丁烷燃料電池、甲醇質子交換膜燃料電池、CO燃料電池）“鋰離子電池”“銀鋅電池”“紐扣電池”等。這些電池一般具有高能環保、經久耐用、電壓穩定、比能量（單位質量釋放的能量）高等特點。取材于這些知識點的試題，由于題材廣、信息新、陌生度大，所以，大多數考生對這類試題感到束手無策、難以應對，實際上這些題目主要考查的是學生綜合遷移應用的能力。下面分別以高考中出現頻率最高的兩種物質的得失電子及綜合應用為例，建立解題的思維模型，幫助學生突破電化學的瓶頸，找到“題眼”，從而加深理解電子得失的真正含義，從源頭上認識電化學的綜合應用。

1.原電池中氧氣得電子的思維模型的建立

根據燃料電池的特點，一般在正極上發生還原反應的物質都是O2，隨著電解質溶液（酸堿鹽）的不同，其電極反應有所不同，抓住氧元素的化合價變化規律，得到電子后降低了化合價，首先變成了O2-，O2-能否存在要看電解質環境。其實我們只要引導學生建立以下四種氧氣得電子的思維模型，不僅可以起到事半功倍的作用，最重要的是培養了學生在陌生度大的閱讀中挖掘有用信息的習慣，提高了學生整合信息的化學思維能力，提高了學生綜合遷移應用的能力。

再根據電池的總反應和正、負極反應之間的關系，可以快速解答此類題型。電池總反應與正負極反應的關系就是加減法的關系：

①電池的總反應式=電池正極反應式+電池負極反應式

②正極反應式=電池總反應式-電池的負極反應式

③電池負極反應式=電池的總反應式-電池正極反應式

注意在將兩個反應式相減時，要約去正極的反應物O2。

【典例導悟1】科學家成功開發出便攜式固體氧化物燃料電池，它以丙烷氣體為燃料。電池中的一極通入空氣，另一極通入丙烷氣體，電解質是固態氧化物，在熔融狀態下能傳導O2-。下列對該燃料電池的說法哪個選項不正確？A.在熔融電解質中，O2-由負極移向正極；B.該電池的總反應是： ；C.電路中每通過5 mol電子，約有5.6 L標準狀況下的丙烷被完全氧化；D.通入丙烷的電極為電池負極，發生的電極反應為： 。解析：該燃料電池的化學原理是： ，B正確；放電過程中通入丙烷的電極為負極： ，D正確；通入O2的電極為正極： ，產生的O2-將向負極移動，A項錯。

【典例導悟2】以酸性氫氧燃料電池為電源進行電解的實驗裝置如圖所示，正確的是哪個選項？A.燃料電池工作時，正極反應為 ；B.a極是鐵，b極是銅時，b極逐漸溶解，a極上有銅析出。解析：本題的A選項為什么錯誤？結合原電池和電解池綜合考查電化學的基本理論，圖中左側為氫氧燃料電池，右側為電解池，燃料電池為酸性介質，負極反應為 ，正極反應為 ，所以A項錯誤。

2.電化學中Al作電極的思維模型的建立

為了發展學生的自主學習能力，使學生逐步由“學會”變成“會學”，引導學生在高三電化學復習中，建立Al作電極的思維模型，可以培養學生獨立獲取知識的能力、交流能力、反思能力以及創新能力，縮短教學時間，提高高中化學教學效率。

【典例導悟3】（1）以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應式為 。（2）用Al單質作陽極，石墨作陰極，NaHCO3溶液作電解液進行電解，生成難溶物R，R受熱分解生成化合物Q。寫出陽極生成R的電極

反應式： 。（3）用Al作電極電解NaOH溶液，陽極反應式： ；總反應離子方程式： 。

解析：（1）依據信息陽極形成的氧化膜一定為Al2O3，Al失電子生成Al2O3，Al2O3中的氧是由水提供的，溶液顯酸性，所以有H+生成。

（2）Al作陽極，失電子生成Al3+，Al3+水解顯酸性，溶液中的HCO3-水解顯堿性，兩者水解互相促進，生成Al（OH）3和CO2。

【典例導悟4】（2011·廣東理綜，32節選）由熔鹽電解法獲得的粗鋁含一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質可采用吹氣精煉法除去，產生的尾氣經處理后可用于鋼材鍍鋁。鍍鋁電解池中，金屬鋁為 極。熔融鹽電鍍液中鋁元素和氯元素主要以AlCl4-和Al2Cl7-形式存在，鋁電極的主要電極反應式為 。

解析：鍍鋁時金屬鋁應為陽極，失去電子變為鋁離子，再結合環境中的陰離子AlCl4-生成Al2Cl7-，所以答案應為：

為了提高學生在電化學高考備考中具備化學自主學習能力， 我們的主陣地就是課堂，教師如何組織課堂教學，如何在課堂上實施教學設計？如何及時捕捉課堂動態生成的教學資源？如何激發學生問題的生成？如何引導學生學習？從而提高學生的自主學習能力，培養學生的化學思維意識，除了多給學生思考的機會外，還要多方面培養學生的思維品質。培養學生的自主學習能力和創新思維能力就是新時期教學的重要目標，這與培養創造型人才的素質教育是一致的。從電化學教學過程中領悟到應讓學生建立化學思維模型的思想意識，才能切實提高課堂教學的有效性，提高學生的化學綜合素養，而且可以為學生的終身學習奠定良好基礎，使學生的化學核心素質真正得到升華。

參考文獻：

[1]張云.經驗·民主·教育：杜威教育哲學[M].上海社會科學院出版社，2007.

[2]郭景瑞.新愛的教育[M].華東師范大學出版社，2008.

[3]朱永新.走進最理想的教育[M].漓江出版社，2007.

編輯 王夢玉