建模思维在电化学类题目中的应用剖析

近年来，以新型电化学装置为背景的试题已成为命题趋势．这类题目要求学生不仅要掌握基础知识，还要具备整合信息和解决实际问题的能力．该类题目的核心内容是基础的电化学原理，如电极判断、电极反应式的书写等．为了更好地帮助学生解决这类题型，本文总结了相关解题模型．

１ 电化学类问题的解题模型

１.１ 理解题意，明确研究对象

在解答电化学试题时，首先需要借助题干中的文字信息，明确题目中描述或展示的装置类型．电化学试题除了涉及原电池和电解池外，还会出现二次电池．二次电池放电时，装置遵循原电池工作原理;充电时，装置遵循电解池工作原理．如果题干含有“电解法”“电解”等字词，则多表明研究对象为电解池;如果题干含有“电池”相关字词，则多表明研究对象为原电池．除了文字描述外，也可以通过装置图进行判断，看装置是否含有外加电源：如果有外加电源，则为电解池;如果不含外加电源，则为原电池．可充电二次电池题目一般会直接用文字进行阐释．

１.２ 确定两极

原电池分为正、负极，电解池分为阳极和阴极．确定电极的方法较多，但其遵循的本质是相同的．原电池的工作原理为“负失正得”：失去电子的一端为负极，得到电子的一端为正极．电解池遵循的原理为“阳失阴得”：失去电子的电极为阳极，得到电子的电极为阴极．该步骤通常还会涉及电极方程式的书写，需要遵循如图１所示步骤．

１.３ 确定电路

在电化学装置中，微粒移动的考查有两大方面．内电路离子的移动方向和外电路电子的移动方向．在前两步的基础上，根据问题所涉及的是“外电路中的电子”还是“内电路中的离子”，利用表１口诀进行判断．若遇到相关计算，要谨遵“守恒思想”，外电路两极上得失电子总数相等，内电路移动离子的电荷总数与外电路电子的电荷总数相等．

２ 建模思维在解题中的应用

例１ 某团队发明的制取H２O２ 的绿色方法原理如图２所示（已知：H２O２ ⇌H＋ ＋HO－ ２ ，Ka＝２.４×１０－１２）．下列说法不正确的是（ ）．

A．b极的电极反应为O２＋H２O＋２e－ ＝HO－ ２ ＋OH-

B．X 膜为选择性阳离子交换膜

C．a极为正极

D．每生成１molH２O２，电路中转移４mole－

解析 第１步：确定研究对象．题干中不能直接分析出研究对象，要结合装置图进行分析，装置图无电源，且有电路“负载”，说明研究对象为原电池．

第２步：确定两极．结合装置示意图可知，电极b的反应物为O２，电极a的反应物为H２．根据电极反应式书写流程，a极发生反应H２－２e－ ＝２H＋ ，b极上的电极反应为O２＋H２O＋２e－ ＝HO－ ２ ＋OH－ ，选项A说法正确．O 元素由０价变成－１价，每生成１ molH２O２，电路中转移２mol电子，选项D说法错误．根据“负失正得”的原理，a极为负极，选项C说法正确．

第３步：确定内外电路．根据原电池内电路的“负负正正”原理，阳离子会移向正极，因此a极附近生成的氢离子会透过X膜向b极（正极）移动，故X膜为选择性阳离子交换膜，允许H＋ 通过，选项B说法正确．答案为D．

例２ 利用电解法将CO２ 转化为CH４ 的原理如图３所示．下列说法正确的是（ ）．

A．电解过程中，H＋ 由a极区向b极区迁移

B．电极b上反应为CO２＋８HCO３－－８e－＝CH４＋８CO２３－＋２H２O

C．电解过程中化学能转化为电能

D．电解时，Na２SO４ 溶液浓度保持不变

解析 该题的装置图未标出电源，但不能依据没有电源直接推断为“原电池”，需要结合文字描述进行综合分析．

第１步：确定研究对象．题干中“电解法”说明该装置是电解池，电解过程中电能转化为化学能，选项C错误．

第２步：确定两极．结合装置示意图可知，电极a生成O２，失去电子，为阳极，则电极b为阴极，化学反应为CO２＋８HCO３－ ＋８e－ ＝CH４＋８CO２３－ ＋２H２O，选项B错误，由a极反应式可知，电解Na２SO４ 溶液实质是电解水，选项D错误．

第３步：确定内外电路．根据电解池内电路的“阴阳相吸”原理，阴离子会移向阳极，阳离子会移向阴极．因此H＋ 由a极区向b极区迁移，选项A 正确．答案为A．

例３ 某储能电池原理如图４所示．下列说法正确的是（ ）．

A．放电时负极反应：Na３Ti２ （PO４）３ －２e－ ＝２Na＋ ＋NaTi２（PO４）３

B．放电时Cl－ 透过多孔活性炭电极向CCl４ 中迁移

C．放电时每转移１mol电子，理论上CCl４ 吸收０.５molCl２

D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大

解析 第１步：确定研究对象．题干中“储能电池”说明该装置是一个可充电的二次电池．

第２步：确定两极．结合装置示意图可知，放电时负极失电子，发生氧化反应，负极反应为Na３Ti２（PO４）３－２e－ ＝２Na＋ ＋NaTi２（PO４）３，选项A 正确．正极反应为Cl２＋２e－ ＝２Cl－ ，需要CCl４ 释放Cl２ 进行反应，因此每转移１mol电子，理论上CCl４ 释放０.５molCl２，选项C错误．充电是放电的逆过程，因此在充电过程中，阳极反应为２Cl－ －２e－ ＝Cl２，消耗Cl－ ，NaCl的浓度降低，选项D错误．

第３步：确定内外电路．放电时，阴离子会移向负极，故Cl－ 透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，选项B错误．答案为A．

通过建立恰当的模型，学生能更系统地分析问题，从宏观和微观层面深入理解电化学过程，不仅提高了解题的准确性，也加深了其对化学反应本质的认识．在今后的教学中，教师应设计更多引导学生主动建模的教学活动，鼓励他们在解决问题时积极应用和调整模型，让“建模”在学生的思维中扎根．

（完）