问“题”哪得清如许 唯有“教材”活水来

教材是对课程标准的具体化，是教学的依据，体现了新课程理念，突出了对化学学科核心素养的要求，是命题的依据．近几年，化学试题逐渐朝着紧扣教材、强化学生核心素养的方向发展．教材不仅是高考命题的资源依据，同时渗透着命题改革方向的信息．笔者选取近几年的高考试题，以人教版（２０２０年版）选择性必修１教材（以下简称教材）为例，阐释与电化学有关的高考试题与教材的密切关系，以期引起大家的关注与深思．

１ 锌锰电池与教材主干知识的关联

相关装置及电极反应如表１所示．

例１ （２０２４年北京卷）酸性锌锰干电池的构造示意图如图３所示．关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是（ ）

A．石墨作电池的负极材料

B．电池工作时，NH４＋向负极方向移动

C．MnO２ 发生氧化反应

D．锌筒发生的电极反应为Zn－２e－ ＝Zn２＋

答案 D．

【考题溯源】本题与教材知识高度吻合，只要了解表１的两极反应原理和方程式的书写，本题可解．

例２ （２０２４年全国甲卷） 科学家使用δＧMnO２ 研制了一种MnO２ＧZn 可充电电池（如图４）．电池工作一段时间后，MnO２ 电极上检测到MnOOH 和少量ZnMn２O４．下列叙述正确的是（ ）．

A．充电时，Zn２＋ 向阳极方向迁移

B．充电时，会发生反应Zn＋２MnO２＝ZnMn２O４

C．放电时，正极反应有MnO２ ＋ H２O＋e－ ＝MnOOH＋OH-

D．放电时，Zn电极质量减少０.６５g，MnO２ 电极生成了０.０２０molMnOOH

答案 C．

【考题溯源】本题在教材一次电池的基础上深化成二次电池进行考查，体现了思维的进阶和高考命题超越教材的命题理念．充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，选项A 不正确．放电时，负极的电极反应为Zn－２e－ ＝Zn２＋ ，则充电时阴极反应为Zn２＋ ＋２e－ ＝Zn，选项B 不正确．放电时MnO２ 电极为正极，正极上检测到MnOOH 和少量ZnMn２O４，则正极上主要发生的电极反应是MnO２＋H２O＋e－ ＝MnOOH＋OH－ ，选项C 正确．放电时，Zn电极质量减少０.６５g（物质的量为０.０１０ mol），电路中转移０.０２０mol电子，由正极反应可知，若正极上只有MnOOH 生成，则MnOOH 的物质的量为０.０２０mol，但是正极上还有ZnMn２O４ 生成，因此，MnOOH 的物质的量小于０.０２０mol，选项D不正确．答案为C．

【思维模型】解答有关化学电源PEmqvKkTOKKWdrgWbrzBOJc8HsQMOLhSPlE/xJDag+8=电极反应式书写试题的思维流程，如图５所示．

２ 燃料电池与电解池的互逆原理

教材及高考试题的装置和反应原理如表２所示．

例３ （２０２４年甘肃卷）某固体电解池工作原理如图７所示，下列说法错误的是（ ）．

A．电极１的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积

B．电极２是阴极，发生还原反应：O２＋４e－ ＝２O２－

C．工作时O２－ 从多孔电极１迁移到多孔电极２

D．理论上电源提供２mole－ 能分解１molH２O

答案 B．

【考题溯源】由图７可知多孔电极１上H２O（g）发生得电子的还原反应转化成H２（g），多孔电极１为阴极，电极反应为２H２O＋４e－ ＝２H２＋２O２－ ，多孔电极２为阳极，发生氧化反应：２O２－ －４e－ ＝O２，选项B错误．根据电解总反应为２H２O（g）电解=２H２＋O２ 和电子守恒可知，选项D正确．

【思维模型】如图８所示．

１）注意介质是电解质溶液还是熔融盐或氧化物．

２）通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气（或其他氧化剂）．

３）通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子是否参与靠近一极的电极反应．

３ 电解饱和食盐水装置的迁移应用

电解饱和食盐水装置的迁移应用如表３所示．

例４ （２０２４年广东卷）一种基于氯碱工艺的新型电解池（如图１０），可用于湿法冶铁的研究．电解过程中，下列说法不正确的是（ ）．

A．阳极反应：２Cl－ －２e－ ＝Cl２↑

B．阴极区溶液中OH－ 浓度逐渐升高

C．理论上每消耗１molFe２O３，阳极室溶液减少２１３g

D．理论上每消耗１molFe２O３，阴极室物质最多增加１３８g

答案 C．

【考题溯源】由图１０可知，右侧电极Cl－ 放电产生Cl２，为阳极，选项A 说法正确．左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe２O３ 在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe２O３＋６e－ ＋３H２O＝２Fe＋６OH－ ，选项B说法正确（该选项知识可根据电解池装置中的标识物判断）．中间为阳离子交换膜，Na＋ 由阳极向阴极移动．理论上每消耗１ molFe２O３，转移６ mol电子，产生３molCl２，同时有６molNa＋ 由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少３×７１g＋６×２３g＝３５１g，阴极室物质最多增加６×２３g＝１３８g，选项C说法错误，选项D说法正确．答案为C．

【思维模型】电化学计算常用方法如图１１所示．

４ 电化学防护的迁移应用

电化学防护的迁移应用如表４所示．

例５ （２０２４年６月浙江卷）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关．图１３为２种对海水中钢闸门的防腐措施示意图，下列说法正确的是（ ）．

A．两图中，阳极材料本身均失去电子

B．图１３Ｇ乙中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O２＋４e－ ＋２H２O＝４OH-

C．图１３Ｇ乙中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果

D．两图中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应

答案 B．

【考题溯源】图１３Ｇ甲为牺牲阳极的阴极保护法，牺牲阳极一般为较活泼的金属，作为原电池的负极，失去电子被氧化;图１３Ｇ乙为外加电流的阴极保护法，阳极材料为辅助阳极，其通常是惰性电极，本身不失去电子，选项A、D均不正确．图１３Ｇ乙中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的H＋放电外，海水中溶解的O２也会竞争放电，故可发生反应：O２＋４e－ ＋２H２O＝４OH－ ，选项B正确．图１３Ｇ乙为外加电流的阴极保护法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好;腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，选项C不正确．

【思维模型】金属防护分析的思维模型如下．

１）２种防护方法．

２）解题模型．首先，判断防护类型;其次，根据原电池原理和电解池原理分析防护原理，结合生活实际对选项做出合理判断．

５ 教材习题与高考试题的关联

教材及高考试题的装置和反应原理如表５所示．

例６ （２０２４年全国新课标卷）一种可植入体内的微型电池工作原理如图（表５中）所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度．当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动．血糖浓度下降至标准，电池停止工作．（血糖浓度以葡萄糖浓度计）电池工作时，下列叙述错误的是（ ）．

A．电池总反应为２C６H１２O６＋O２＝２C６H１２O７

B．b电极上CuO 通过Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互转变起催化作用

C．消耗１８ mg 葡萄糖，理论上a 电极有０.４mmol电子流入

D．两电极间血液中的Na＋ 在电场驱动下的迁移方向为b→a

答案 C．

【考题溯源】对比教材习题和高考题可以看出，教材题中采用了质子交换膜即H＋ 可以移动向正极，故正极方程式需要兼顾真实的离子环境进行书写．教材习题的负极反应是葡萄糖的完全氧化，生成CO２，而高考题是控制氧化，生成葡萄糖酸，要求考生建立有机物的氧化反应理念，即加氧去氢为氧化．根据反应２C６H１２O６＋O２＝２C６H１２O７ 可知，１molC６H１２O６参加反应时转移２mol电子，１８mgC６H１２O６ 的物质的量为０.１mmol，则消耗１８mg葡萄糖时，理论上a电极有０.２mmol电子流入，选项C错误．

【思维模型】零价法书写有机物负极反应的规则：若负极有机物燃料为CxHyOz ，产物中C元素为＋４价的CO２３－ 或 HCO３－，则转移电子数为 C原子数×４＋H 原子数×１＋O 原子数×（－２），若有机阴离子在负极反应（如CH３COO－ ），转移电子数则为C原子数×４＋H 原子数×１＋O 原子数×（－２）＋电荷数．

由此可以看出，高考试题的核心知识点均源于教材，但又不拘泥于教材，而是将教材知识进行深加工后再进行考查．学生在平日的学习过程中一定要紧扣教材，分析教材知识原型，进行知识的横向与纵深挖掘，将知识的内涵与外延烂熟于心，这样才能熟练应用知识解决问题．

（完）