基于真实情境的电化学选择题命制与测评.docx

基于真实情境的电化学选择题命制与测评

摘要：基于对高考试题中涉及电解NaCl溶液原理考查的选择题进行分类分析，把握此类试题的考查角度；基于真实文献情境，聚焦不同的考查角度进行原创命题，通过考试测评与结果分析，进一步了解不同阶段学生解决问题时思维方式的差异，为教学提供参考借鉴。

关键词：真实情境；电化学；电解NaCl溶液；命题与测评

电解饱和食盐水是高中化学选择性必修1《化学反应原理》教学的一个重要素材[1]，该电解过程有助于学生进一步理解电解原理、认识电解在实现物质转化中的具体应用。习惯上，把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业；氯碱工业是基本化工原材料工业，在国民经济生产中占有重要地位，其主要产品烧碱、Cl2和H2被广泛应用于化工、纺织、建材等领域。因此，氯碱工业中的化学原理承载着丰富的教育教学与考试评价功能，在近年的高考试题中，相关试题命题情境（如电解NaCl溶液、氯碱工作、电解海水等）备受青睐[2]。

1试题分析

基于NaCl溶液组成及电解NaCl溶液的原理，结合对近五年高考电化学选择题的梳理，其中与电解NaCl溶液工作原理相关的试题主要集中在氯碱工业（或电解NaCl溶液）、海水制氢及海水淡化等方面。

1.1氯碱工业（或电解NaCl溶液）

高考试题中对氯碱工业（或电解NaCl溶液）的考查不仅针对原理本身，还包括对该原理的其他应用以及对该过程改进优化的考查。

1.1.1对原理的考查

立足于基础知识的测评，直接对氯碱工业（或电解NaCl溶液）相关原理进行考查。如，2020年浙江1月高考第18题，以采用离子交换膜电解技术的氯碱工业为情境，重点考查了电极反应及电极产物判断、离子交换膜种类的判断、各极室电解质溶液以及离子迁移等核心知识；2023年广东卷则是将电解饱和食盐水与氯气的性质检验及尾气处理相结合，针对两电极产生的气体成分、氯气的性质等进行考查。此类试题重点考查学生在熟悉情境下对电解原理的识记与理解。

1.1.2对其他应用的考查

电解NaCl溶液制备消毒液在日常生产、生活中屡见不鲜，该电解过程也应用于海洋生物污损的消除。海洋生物污损给舰船及海中设施带来了损害，如增大船舶航行阻力、管道堵塞、海中仪器失灵等。防止生物污损是水处理的重要环节，而电解防污技术是防止生物污损的常见方法，该技术应用了电解NaCl溶液的工作原理，阳极产生的Cl2与阴极产生的NaOH直接发生反应，生成的NaClO对海洋生物的附着与生长有很好的抑制作用，从而防止生物污损的发生。2021年全国乙卷以“沿海电厂采用在管道中设置惰性电极以抑制排水管中生物的附着和滋生”[3]为情境，考查学生迁移应用所学电解NaCl溶液的原理分析解释真实情境问题的能力，学生需根据题干信息并结合题目给出的“Hychlorator电解槽结构示意图”，理解电解法去除生物的原理和过程，相对灵活的考查方式避免了学生通过机械记忆作答题目的现象。

1.1.3?对改进优化的考查

2022年广东卷第16题和2022年辽宁卷第14题，均以一种高能量密度的全氯无膜氧化还原液流电池[4]为情境，该电池以NaCl水溶液为电解质溶液，来源丰富且成本低廉。该电池充电时，阳极为Cl-放电，生成的Cl2通过多孔炭电极溶于CCl4，作为电池放电的正极反应物；而此时阴极反应为NaTi2（PO4）3＋2Na+＋2e-＝Na3Ti2（PO4）3，有效地避免了H2的产生，Na+的嵌入和脱出确保了充电和放电过程的循环发生，而NaCl溶液的浓度在充电时减小而在放电时增大。试题通过对电极反应、离子迁移方向、電解质溶液浓度变化及定量计算等核心知识的考查，进一步诊断学生将所学知识应用于解决新情境中相关问题的能力。

2023年浙江6月卷第13题，则是以“氧阴极电解技术在氯碱工业中的应用”[5]为情境，其原理是膜电解原理与燃料电池原理的结合，即电解时在阳极生成Cl2，但不同之处在于向阴极区提供O2，O2与H2O反应生成OH-，而没有H2产生，降低了阴极的电解电压[已知：Cl2＋2e-＝2Cl-（φ?=+1.36V）；2H2O＋2e-＝H2＋2OH-（φ?=-0.83V）；O2＋2H2O＋4e-＝4OH-（φ?=+0.40V）][6]，吸氧与析氢相比，电解槽的槽电压降低1V左右[7]，大幅度降低电耗。本题针对电极判断、阴极反应、离子交换膜以及由于阴极反应的改变所引起的能耗减少等进行了考查，学生在解题时，需要跳出传统氯碱工业的思维定势，结合题目信息予以分析。

1.2海水制氢

氢是21世纪人类可持续发展最具潜力的清洁能源。全球海水资源丰富，电解海水制氢在实现规模化制氢方面具有得天独厚的优势。电解海水制氢主要有两种方法[8]：一种是对海水经脱盐、除杂处理得到的蒸馏水进行常规电解，此方法成本较高；另一种是直接电解海水，但需解决电解过程中的腐