巧用“H、O原子数目”突破有机物参与的电极反应式书写

王 明 邓阳洋

(重庆市育才中学校)

电化学原理是普通高中化学选择性必修1《化学反应原理》中的重要组成部分,也是高考化学中的必考部分。随着科技的发展,与有机物相关的电池越来越多。高考试题所追求的真实情境是科技和社会发展在试题中的真实再现,以有机物为素材的电化学原理考查逐年增加,此时电极反应式的书写就成为了解题的关键!参与电极反应的物质,不管是无机物还是有机物,其本质总是相同的——某些微粒在电极上发生氧化还原反应。考场上想快速、准确地写出电极反应式,确定相关元素的价态就显得尤为重要。遗憾的是,很多复杂有机物中元素价态较难确定,对解决此类问题造成了很大的困扰。那么,这类电极反应怎么才能快速、准确地写出呢?教学中,笔者运用“H、O原子数目”理论,很好地突破了此类问题。

1.教材中的电有机合成

上述书写流程如图1所示。

图1 电极反应式书写模型

2.高考试题中的电有机合成

从典型例题得出书写模型(模型认知)并不是学习终点,运用模型解决真实情境中的真实问题(证据推理)才是关键。现简单列举几例,论述如下。

【例1】(2021年全国甲卷,13题)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如图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,下列说法中正确的是

( )

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

利用上面的分析,选项A、B明显错误;电解池中阳离子向阴极移动,故D明显正确;外电路迁移2 mol电子时,阴极和阳极区共产生2 mol乙醛酸,故C错误。综上,本题正确答案为D。

( )

A.a为电源负极

B.溶液中Q的物质的量保持不变

C.CO2在M极被还原

D.分离出的CO2从出口2排出

3.试题的再次创新

重庆卷历年高考试题中,电化学部分创新较多,现以2022年和网络流传的2023年重庆卷试题为例,简单分析其变化趋势。

3.1 电极区域内反应增多

【例3】(2022年重庆卷,12题)硝酮是重要的有机合成中间体,可采用“成对间接电氧化”法合成。电解槽中水溶液的主要成分及反应过程如图所示。

下列说法错误的是

( )

A.惰性电极2是阳极

C.消耗1 mol O2,可得到1 mol硝酮

D.外电路通过1 mol电子,可得到1 mol水

3.2 有机物结构变得更复杂

【例4】(网络版,2023年重庆卷)电化学合成是一种绿色高效的合成方法,如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图,错误的是

( )

A.电极a为阴极

B.H+从电极b移向电极a

D.生成3 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸

高考考查的“必备知识和关键能力”,主要由三个部分的要求整合而成,即高校专业学习要求、普通高中课程标准、历年高考考查的知识和能力。在这三个部分中,一线教师和学生最熟悉的一般是“历年高考考查的知识和能力”,另外,高考要考查的前两个部分内容,也都是通过第三个部分呈现出来的。只有研究高考才能预测高考,从而指导我们科学备考。