2024届高三化学一轮复习 电化学高考分析与命题实践课件

这是一份2024届高三化学一轮复习 电化学高考分析与命题实践课件，共3页。PPT课件主要包含了命题背景分析，命题案例，思维与方法模型，教学启示等内容，欢迎下载使用。
考什么 为什么考 怎么考
内容要求 学业要求 核心素养 必备知识
考查形式 分值 高频考点 情境分析
必备知识关键能力学科素养核心价值
高 考 评 价 体 系
高考命题思考——考什么
每个主题学习时对学业要求制定学时目标、进行学时检测的依据，解决学到什么程度
每个主题教学时的内容教学的内容依据，解决学什么
学科学习结束后对学科素养的整体要求制定《学业质量标准》等的依据。超越课程内容的陈述方式
学业质量是学生在完成本学科课程学习后的学业成就表现，学业质量标准是以本学科核心素养及其表现水平为主要维度，结合课程内容，对学生学业成就表现的总体刻画。化学学业质量划分为4个水平。命题依据：4个等级，2是学业质量合格考标准；4是学业质量等级考标准；制定教学目标的依据。
内容化模块化具体化可测化
化学学科基于核心素养命题——关键要素之间关系
高考命题思考——怎么考
迁移创新↑应用实践↑关联论证↑记忆概括
常见简单→陌生简单→常见复杂→陌生复杂
基础性→综合性→应用性→创新性
创造应用多个化学知识、技能、观念、方法↑综合多个化学知识、技能、观念、方法↑多个化学知识、技能、观念、方法↑一个化学知识、技能、观念、方法
化学学科基于核心素养命题——学业质量标准理解
必备知识关键能力核心价值
化学学科基于核心素养考查的命题程序
课标解读——电化学专题
1.以核心素养为测试宗旨
2.以实际问题为测试任务
3.以真实情境为测试载体
4.以化学知识为解决问题的工具化学
传统的“知识立意”、“能力立意”评价，向“价值引领、素养导向、知识为基、能力为重”综合评价的转变，发挥学科育人价值。
高 考 化 学 试 题 命 题 框 架
高考考查分析——命题分析
高考化学试题命题框架的内在逻辑和主要特征可以从“核心价值金线”、“能力素养银线”和“情境载体串联线”三条线索进行理解和把握，其中“核心价值金线” 贯穿命题和评价的始终，“能力素养银线”成为高考命题和考查的重心，情境作为考查载体，是“金线”和“银线”的串联线。总结近几年的高考试题，不论是全国统一命制的试卷，还是新高考分省命制的试卷，均呈现出“无价值，不入题；无思维，不命题；无情境，不成题”的典型特征，这是高考评价体系在高考命题中落实和深化的具体表现。
“金线、银线、串联线”
试题分析——考查形式:选择题为主
试题分析——分值分布3~9%（2023年/部分）
试题分析——考查知识点（2023年/部分）
高频考点1.电化学方程式2.微粒浓度变化2.电化学计算4.离子/电子移动5.电极判断
试题分析——试题情境载体
试题分析——情境来源：科技前沿
2017年版《普通高中化学课程标准》提出了以真实情境为测试载体的命题原则。试题情境的创设应紧密联系学生学习和实际生活，体现科学、技术、社会和环境的发展成果。作为化学学科的前沿成果，学术探索情境类试题近年来频繁出现在高考化学试题中，特别是“电化学”相关考题，这类试题以真实情境为测试载体，以核心素养为测试宗旨。
前沿科技素材1：一种用于CO2还原的固态电解质反应器设计来源：Nature Catalysis 命题立意：电化学CO2还原（CO2RR）可以合成基本的化学原料，储存和使用可再生电力，并且缓解气候变化。但是碳酸盐交叉导致的大量碳损失会极大地限制CO2RR技术的商业化应用潜力。在 CO2RR电解过程中，特别是在大电流密度下，阴极-电解质界面会产生大量氢氧根离子 (OH–)，它们与CO2进料气快速反应形成碳酸根或碳酸氢根离子。这些碳酸根离子在电场的驱动下迁移穿过阴极-阳极界面朝向反应器的阳极，并与析氧反应(OER)中局部产生的质子 (H+) 重新结合，再次形成 CO2气体。不幸的是，由于和阳极 O2 混合，这些交叉的 CO2 分子不能直接作用于CO2RR，导致显著的碳损失，从而降低了CO2RR技术的整体能源效率。以电化学还原CO2为情境载体，考查电化学基本原理知识，在近年的高考试题中频繁出现，可以在体现化学学科价值的同时，又对考生的学科素养进行评价。
1.电化学还原CO2可以合成基本的化工原料，并缓解气候变化。研究报道，一种多孔固体电解质反应器策略能够有效地恢复CO2电化学还原过程中CO2交叉引起的碳损失，如图所示。下列说法错误的是( )
A.阳极发生的反应为:2H2O-4e-=O2+4H+B.阴极生成CH4的反应为:CO2+ 8e-+ 6H2O=CH4+8OH-C.阳离子膜也可以改为阴离子膜D.电解质反应器中会产生CO2，通过循环系统可以提高二氧化碳利用率
原创试题1——电化学还原CO2
解析:A.阳极水失电子生成氧气和氢离子正确。B.阴极为还原二氧化碳制备C2H4、CO、CH4的反应，正确。 C.若将阳离子膜改为阴离子膜，可能导致碳酸根离子移动到阳极，与氢离子反应生成CO2，并与O2混合，不利于CO2的充分利用，错误。D.阳极的副反应有:CO2+2OH-=CO32- +H2O，CO32-通过阴离子膜向阳极移动，与阴极产生的H+反应生成CO2，二氧化碳进入循环系统，输送到阴极，增大了利用率，正确。
前沿科技素材2：太阳能转换和储存的光增强型可充电高能量密度金属电池 来源：Nan Res. Energy
命题立意：锂电池和锂离子电池由于输出电压高、放电平稳、比能量高、循环寿命长等优点已经成为笔记本电脑和手机中的主要携带电源，也是目前科研重点关注的二次电池。本题以I2为正极、Li金属为负极的可充电Li-I2电池为载体，考查学生对所学电化学基本原理知识的掌握程度、包括电极（总）反应方程式的书写、离子的迁移等，同时考查学生的化学逻辑思维能力和模型认知能力。吴屹影教授等人提出了一种水系Li-I₂太阳能液流电池，通过I-/I3-正极电解液的连接，将Li-I氧化还原液流电池和染料敏化太阳能电池集成到一个器件中，从而同时转换和储存太阳能(如上图)。Li-I SFB的三电极结构包括染料敏化的TiO2光电极（PE）、Pt对电极(CE)和 Li负极。
2.一种水系Li-I2太阳能液流电池，通过I¯/I3¯正极电解液的连接，将Li-I2氧化还原液流电池和染料敏化太阳能电池集成到一个器件中，从而同时转换和储存太阳能，如图所示。充电时，染料光敏化剂Dye在PE电极吸收光能发生反应:Dye e-+Dye+，产生的e¯和Dye+驱动阴极和阳极反应对电池充电。下列说法错误的是( )
A.充电效率与光照产生的e-和Dye+有关B.放电时动力泵将含I3-电解液输送到reservir(贮液器)中C.放电时的总反应为I3-+2Li =3I- + 2Li+D.充电时阳极发生的反应为3I-+2Dye+ =I3-+2Dye
原创试题2——水系Li-I2太阳能液流电池
解析:充电原理：光照:Dye e-+Dye+ 总:2Li++3I-=I3-+2Li阴极: 2Li++ 2e-= 2Li 阳极:3I-+2Dye+ =I3-+2Dye A.光电极产生的e-和Dye+驱动阴极和阳极反应对电池充电，充电效率与光照产生的e-和Dye+有关，正确。B.放电时，I3-由贮液器输送到正极放电，错误。C.放电时的总反应为3I-+2Dye+=I3-+2Dye，正确。D.充电时，阳极的3I-被Dye+氧化，正确。
前沿科技素材3：可见光响应的C4N双功能空气电极用于太阳能的转换/存储 来源：Angewandte Chemie
命题立意：为了实现碳中和的目标，开展多样的应用研究如光催化和太阳能电池等。然而，太阳能的间歇性特点在一定程度上限制了其在生产生活中的应用，同时考查学生信息转化能力、图形解读能力、综合分析能力、计算能力等能力。中山大学的余丁山教授团队制备了制备了具有三电极结构的可见光辅助的二次Zn-air电池,实现了电池充电性能的有效提升以及太阳能的直接转化和存储。例如，所构建的光辅助的二次Zn-air电池在可见光条件下，其充电电压显著低于二次Zn-air电池的理论电压（1.65 V）。此外，该研究中所设计的Plymer-air电池在可见光条件下，也实现了充电电压的降低（~ 0.22 V）。
原创试题3——光补充二次锌-空气电池
3.一种三电极结构的可见光辅助的二次锌-空气电池，在可见光下有效实现了电池充电效率的提升，以及太阳能的直接转化和存储，其原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.无光照的情况下，充电电压将降低B.放电时的总反应为2Zn + O2 + 4OH¯+ 2H2O=2Zn(OH)42-C.放电时，电极b发生还原反应D.充电时，标准状况下电极a生成1.12L O2，电极c理论上质量增加6.5g
解析:A.由题意可知，有光照时可提高充电效率，实现太阳能的转化和存储，即充电电压将降低，则A错误。B.放电时，Zn 失去电子，O2得电子，总反应为Zn与O2的反应，正确。C.放电时，电极b得电子，发生还原反应，正确。D.由电子守恒，标况下1.12LO2对应0.2ml 电子，0.1mlZn，因此生成 Zn的质量为6.5g，正确。
前沿科技素材4：可见光响应的C4N双功能空气电极用于太阳能的转换/存储 来源：Angewandte Chemie
命题立意：通过电化学装置图，考查学生模型认知的核心素养，又以分析装置中各极的电极反应及离子浓度变化考查学生变化观念的核心素养。研究人员发现了一种稳定且具有低成本效益的碱性混合多硫化物-空气氧化还原液流电池，其中双膜结构的液流电池设计缓解了硫交叉问题。展示了一种全碱性多硫化物空气氧化还原液流电池(PSA RFB)系统，采用水性PSOR/PSRR(多硫化物氧化/还原反应)和碱性OER/ORR(析氧/氧还原反应)作为正负氧化还原电对，反应中间溶液提供OH-，它也可以用作化学或物理过程的反应器，以提高电池设计中的性能。
原创试题4——碱性混合多硫化物-空气电池
4.一种稳定且具有低成本效益的碱性混合多硫化物-空气氧化还原液流电池结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.膜a为阴离子膜，膜b为阳离子膜B.放电时，左侧贮液室中含S4-的多硫电解质减少C.充电时的总反应为:4OH-+2S42-= 4S₂2-+ O2 + 2H2OD.放电时，外电路通过2ml电子，理论上II室及右侧贮液器中的NaOH总共减少2ml。
解析:A.为防止含硫阴离子的交叉，电极A一侧的膜a为阳离子膜，电极B一侧的膜b为阴离子膜，错误；B.放电时，电极A为负极，电极反应2S22--2e-=S42-，因此 S42-增多，错误；C.充电时：4OH-与S42-的反应，4OH-+2S42-= 4S₂2-+ O2 + 2H2O，正确；D.放电时，I室的钠离子移动到II室，III室的氢氧根离子移动到II室，II室及贮液器中的氢氧化钠将增多，错误。
前沿科技素材5：基于磷质子穿梭的高效、快速氮还原为氨来源： Science
命题立意：合成氨工业作为人类发展的基石，实现零碳排放生产氨一直以来都是一个明确而具有可行性目标。在电化学试题考查过程中既可以实现对知识、能力的评估，又可以从学科素养角度培养学生的认知思维和社会责任。目前采用的哈伯-博施法（Haber-Bsch）合成氨时，其反应器通常需要连续运行以防止催化剂损坏，与可再生电力供应的波动性质不相容。因此需要开发一种固氮工艺，该工艺直接在小型且坚固的电解装置中使用可再生电力。该技术将与规模较小的分布式生产设施兼容，对基础设施和资本要求的要求较低。在这方面，电化学氮还原反应(NRR) 作为一种在比N2和H2直接反应所需的温度和压力低得多条件下，直接将N2还原为NH3的方法，已经引起了极大的兴趣。
原创试题5——质子穿梭的高效氮还原为氨
5.利用电化学方法制备氨可以大大降低目前的热Haber-Bsch工艺产生的温室气体排放。有一种合成方法，如图所示，下列说法正确的是( )
解析:A.氢气作还原剂，失电子，氮气作氧化剂，得电子，电子由a 到b，因此，电流方向由b到a，错误；B. 电极a上物质A得质子生成物质B，电极b上物质B失质子生成物质A，物质A、B起传输质子作用，正确；C.在整个过程中Li3N质量保持不变，错误。D.电极b的总反应为N2+6e¯+ 6H+= 2N3H，错误。
构建认知模型，实现思维提升。
(1)在原理维度上，需要将氧化反应和还原反应分开，以满足“产生电势差”的条件;(2)在装置维度上，需要有电极反应物、电极材料、电子导体和离子导体4个核心构成要素(认识角度)，以满足“形成闭合回路”的条件。
对学生的意义：弱化记忆，更新认知，提升思维(1)使学生建立对原电池进行系统分析的合理认识角度。不论面对什么样的任务和题目，是已知装置还是已知反应，学生可以依照模型找到2个维度，原理和装置，同时明确2个维度下的认识角度。(2)将电极区分为电极材料、电极反应物，可以消除或减少学生的认识偏差。(3)在用词上，用“离子导体”代替“电解质溶液”。一方面，电解质溶液在装置维度中无疑起到离子导体的作用，但离子导体不一定只是电解质溶液，还有可能是盐桥、离子膜等。另一方面，电解质溶液不仅起传导离子的作用，在很多时候，其中的离子作为电极反应物参与反应，充当电极反应物。(4)统一了原电池与电解池。模型在装置维度的用词使得这种统一成为可能。
对教师的意义：丰富内容，构建评价(1)一方面体现在为教学提供思路和丰富的变式。模型的动态化特点使得课堂活动任务不论是要进行电极反应现象分析，或是基于装置分析反应，教师都可以进一步将模型细化，将模型要素主次化，归纳思维路径。(2)另一方面也为教学评价提供了评价角度和框架。模型的动态化使得其可以体现电化学问题的结构，能够概括所有电化学问题，无非是将模型中的某些要素已知，某些要素未知。