問“題”哪得清如許　唯有“教材”活水來

教材是對課程標準的具體化，是教學的依據，體現了新課程理念，突出了對化學學科核心素養的要求，是命題的依據．近幾年，化學試題逐漸朝著緊扣教材、強化學生核心素養的方向發展．教材不僅是高考命題的資源依據，同時滲透著命題改革方向的信息．筆者選取近幾年的高考試題，以人教版（２０２０年版）選擇性必修１教材（以下簡稱教材）為例，闡釋與電化學有關的高考試題與教材的密切關系，以期引起大家的關注與深思．

１ 鋅錳電池與教材主干知識的關聯

相關裝置及電極反應如表１所示．

例１ （２０２４年北京卷）酸性鋅錳干電池的構造示意圖如圖３所示．關于該電池及其工作原理，下列說法正確的是（ ）

A．石墨作電池的負極材料

B．電池工作時，NH４＋向負極方向移動

C．MnO２ 發生氧化反應

D．鋅筒發生的電極反應為Zn－２e－ ＝Zn２＋

答案 D．

【考題溯源】本題與教材知識高度吻合，只要了解表１的兩極反應原理和方程式的書寫，本題可解．

例２ （２０２４年全國甲卷） 科學家使用δＧMnO２ 研制了一種MnO２ＧZn 可充電電池（如圖４）．電池工作一段時間后，MnO２ 電極上檢測到MnOOH 和少量ZnMn２O４．下列敘述正確的是（ ）．

A．充電時，Zn２＋ 向陽極方向遷移

B．充電時，會發生反應Zn＋２MnO２＝ZnMn２O４

C．放電時，正極反應有MnO２ ＋ H２O＋e－ ＝MnOOH＋OH-

D．放電時，Zn電極質量減少０.６５g，MnO２ 電極生成了０.０２０molMnOOH

答案 C．

【考題溯源】本題在教材一次電池的基礎上深化成二次電池進行考查，體現了思維的進階和高考命題超越教材的命題理念．充電時該裝置為電解池，電解池中陽離子向陰極遷移，選項A 不正確．放電時，負極的電極反應為Zn－２e－ ＝Zn２＋ ，則充電時陰極反應為Zn２＋ ＋２e－ ＝Zn，選項B 不正確．放電時MnO２ 電極為正極，正極上檢測到MnOOH 和少量ZnMn２O４，則正極上主要發生的電極反應是MnO２＋H２O＋e－ ＝MnOOH＋OH－ ，選項C 正確．放電時，Zn電極質量減少０.６５g（物質的量為０.０１０ mol），電路中轉移０.０２０mol電子，由正極反應可知，若正極上只有MnOOH 生成，則MnOOH 的物質的量為０.０２０mol，但是正極上還有ZnMn２O４ 生成，因此，MnOOH 的物質的量小于０.０２０mol，選項D不正確．答案為C．

【思維模型】解答有關化學電源PEmqvKkTOKKWdrgWbrzBOJc8HsQMOLhSPlE/xJDag+8=電極反應式書寫試題的思維流程，如圖５所示．

２ 燃料電池與電解池的互逆原理

教材及高考試題的裝置和反應原理如表２所示．

例３ （２０２４年甘肅卷）某固體電解池工作原理如圖７所示，下列說法錯誤的是（ ）．

A．電極１的多孔結構能增大與水蒸氣的接觸面積

B．電極２是陰極，發生還原反應：O２＋４e－ ＝２O２－

C．工作時O２－ 從多孔電極１遷移到多孔電極２

D．理論上電源提供２mole－ 能分解１molH２O

答案 B．

【考題溯源】由圖７可知多孔電極１上H２O（g）發生得電子的還原反應轉化成H２（g），多孔電極１為陰極，電極反應為２H２O＋４e－ ＝２H２＋２O２－ ，多孔電極２為陽極，發生氧化反應：２O２－ －４e－ ＝O２，選項B錯誤．根據電解總反應為２H２O（g）電解=２H２＋O２ 和電子守恒可知，選項D正確．

【思維模型】如圖８所示．

１）注意介質是電解質溶液還是熔融鹽或氧化物．

２）通入負極的物質為燃料，通入正極的物質為氧氣（或其他氧化劑）．

３）通過介質中離子的移動方向，可判斷電池的正負極，同時考慮該離子是否參與靠近一極的電極反應．

３ 電解飽和食鹽水裝置的遷移應用

電解飽和食鹽水裝置的遷移應用如表３所示．

例４ （２０２４年廣東卷）一種基于氯堿工藝的新型電解池（如圖１０），可用于濕法冶鐵的研究．電解過程中，下列說法不正確的是（ ）．

A．陽極反應：２Cl－ －２e－ ＝Cl２↑

B．陰極區溶液中OH－ 濃度逐漸升高

C．理論上每消耗１molFe２O３，陽極室溶液減少２１３g

D．理論上每消耗１molFe２O３，陰極室物質最多增加１３８g

答案 C．

【考題溯源】由圖１０可知，右側電極Cl－ 放電產生Cl２，為陽極，選項A 說法正確．左側電極為陰極，發生還原反應，Fe２O３ 在堿性條件下轉化為Fe，電極反應為Fe２O３＋６e－ ＋３H２O＝２Fe＋６OH－ ，選項B說法正確（該選項知識可根據電解池裝置中的標識物判斷）．中間為陽離子交換膜，Na＋ 由陽極向陰極移動．理論上每消耗１ molFe２O３，轉移６ mol電子，產生３molCl２，同時有６molNa＋ 由陽極轉移至陰極，則陽極室溶液減少３×７１g＋６×２３g＝３５１g，陰極室物質最多增加６×２３g＝１３８g，選項C說法錯誤，選項D說法正確．答案為C．

【思維模型】電化學計算常用方法如圖１１所示．

４ 電化學防護的遷移應用

電化學防護的遷移應用如表４所示．

例５ （２０２４年６月浙江卷）金屬腐蝕會對設備產生嚴重危害，腐蝕快慢與材料種類、所處環境有關．圖１３為２種對海水中鋼閘門的防腐措施示意圖，下列說法正確的是（ ）．

A．兩圖中，陽極材料本身均失去電子

B．圖１３Ｇ乙中，外加電壓偏高時，鋼閘門表面可發生反應：O２＋４e－ ＋２H２O＝４OH-

C．圖１３Ｇ乙中，外加電壓保持恒定不變，有利于提高對鋼閘門的防護效果

D．兩圖中，當鋼閘門表面的腐蝕電流為零時，鋼閘門、陽極均不發生化學反應

答案 B．

【考題溯源】圖１３Ｇ甲為犧牲陽極的陰極保護法，犧牲陽極一般為較活潑的金屬，作為原電池的負極，失去電子被氧化;圖１３Ｇ乙為外加電流的陰極保護法，陽極材料為輔助陽極，其通常是惰性電極，本身不失去電子，選項A、D均不正確．圖１３Ｇ乙中，外加電壓偏高時，鋼閘門表面積累的電子很多，除了海水中的H＋放電外，海水中溶解的O２也會競爭放電，故可發生反應：O２＋４e－ ＋２H２O＝４OH－ ，選項B正確．圖１３Ｇ乙為外加電流的陰極保護法，理論上只要能對抗鋼閘門表面的腐蝕電流即可，當鋼閘門表面的腐蝕電流為零時保護效果最好;腐蝕電流會隨著環境的變化而變化，若外加電壓保持恒定不變，則不能保證抵消腐蝕電流，不利于提高對鋼閘門的防護效果，選項C不正確．

【思維模型】金屬防護分析的思維模型如下．

１）２種防護方法．

２）解題模型．首先，判斷防護類型;其次，根據原電池原理和電解池原理分析防護原理，結合生活實際對選項做出合理判斷．

５ 教材習題與高考試題的關聯

教材及高考試題的裝置和反應原理如表５所示．

例６ （２０２４年全國新課標卷）一種可植入體內的微型電池工作原理如圖（表５中）所示，通過CuO催化消耗血糖發電，從而控制血糖濃度．當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動．血糖濃度下降至標準，電池停止工作．（血糖濃度以葡萄糖濃度計）電池工作時，下列敘述錯誤的是（ ）．

A．電池總反應為２C６H１２O６＋O２＝２C６H１２O７

B．b電極上CuO 通過Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互轉變起催化作用

C．消耗１８ mg 葡萄糖，理論上a 電極有０.４mmol電子流入

D．兩電極間血液中的Na＋ 在電場驅動下的遷移方向為b→a

答案 C．

【考題溯源】對比教材習題和高考題可以看出，教材題中采用了質子交換膜即H＋ 可以移動向正極，故正極方程式需要兼顧真實的離子環境進行書寫．教材習題的負極反應是葡萄糖的完全氧化，生成CO２，而高考題是控制氧化，生成葡萄糖酸，要求考生建立有機物的氧化反應理念，即加氧去氫為氧化．根據反應２C６H１２O６＋O２＝２C６H１２O７ 可知，１molC６H１２O６參加反應時轉移２mol電子，１８mgC６H１２O６ 的物質的量為０.１mmol，則消耗１８mg葡萄糖時，理論上a電極有０.２mmol電子流入，選項C錯誤．

【思維模型】零價法書寫有機物負極反應的規則：若負極有機物燃料為CxHyOz ，產物中C元素為＋４價的CO２３－ 或 HCO３－，則轉移電子數為 C原子數×４＋H 原子數×１＋O 原子數×（－２），若有機陰離子在負極反應（如CH３COO－ ），轉移電子數則為C原子數×４＋H 原子數×１＋O 原子數×（－２）＋電荷數．

由此可以看出，高考試題的核心知識點均源于教材，但又不拘泥于教材，而是將教材知識進行深加工后再進行考查．學生在平日的學習過程中一定要緊扣教材，分析教材知識原型，進行知識的橫向與縱深挖掘，將知識的內涵與外延爛熟于心，這樣才能熟練應用知識解決問題．

（完）