对电解池中放电阶段性例题探究
时间:2016-03-15 22:00 来源:未知 作者:熊振典 点击:次 所属专题: 连续电解
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在学习了电解池的相关知识后,许多同学在处理电解的问 题时往往只注意到了电解池中某个电极一个离子的放电情况, 不能注意某个电极有几个离子先后放电的问题,造成处理一些 问题时犯错误,下面通过三道例题的分析希望对各位同学有所 帮助。首先对电解的一些基础知识进行梳理。
电解池:把电能转化为化学能的装置。
情性电极:C、Pt、Au等,仅导电,不参与反应。
活性电极:Fe、Cu、Ag等,既可以导电,又可以参与电极反应。
在电解池中要判断电解产物是什么,必须理解溶液中离子 放电顺序。
阴极:放电的总是溶液中的阳离子,与电极材料无关。
放电顺序是:Ag+> Hg 2+> Fe3+> Cu2+>H+> Pb2+>Sn2+>Fe2+> Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+ >Ca2+>K+
位于前边的氧化性强的微粒优先得到电子。
阳极:若是惰性电极作阳极,溶液中的阴离子放电。
放电顺序是:S2->I->Br-> Cl- >OH->NO3->SO42-(等含氧 酸根离子)>F-
位于前边的还原性强的微粒优先失去电子,若是非惰性电 极作阳极,则是电极本身失电子。
下面我主要从阴极,阳极都是惰性电极时放电问题进行探 究:在电解池中某一电极上一个离子放电后可能还有其他的离 子放电所以在处理一些问题时要注意电解的阶段性。如含Cl- 的溶液中Cl-电解完后继续通电会使OH-放电,Cu2+在阴极上 被电解完后溶液中的H+又会放电等。并且在处理一些问题时 要注意电解池中相同时间内各电极转移电子数相等。
例1 :用铂电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500 mL, 经过一段时间后,两极均得标准状况下11.2 L 的气体,则原混 合溶液中CuSO4的物质的量浓度为( )。
A. 0.5 mol/L B. 0.8 mol/L C. 1.0 mol/L D. 1.5 mol/L
分析过程:
阳极电极反应:因为OH-放电能力强于含氧酸根离子,所以阳极为OH-放电4OH--4e-=2H2O+O2 所以阳极11.2升气体为氧气,为0.5mol O2;
根据电极方程式可知阳极失去2mol 电子。
阴极电极反应:因为阴极有11.2升气体产生,所以首先发 生的是Cu2++2e-=Cu,当铜离子放电完毕后要考虑溶液中H+ 的放电2H++2e-=H2,两电极物质得失电子数相等,根据电极 方程式可知在生成0.5mol H2气时得到了 1mol 电子,那么铜离 子应该得到1mol 电子,通过电极方程式计算可知Cu2 +为 0.5mol,由于n(CuSO4)=n(Cu2+)=0.5 mol,所以 CuSO4 溶液的物 质的量浓度=0.5mol/0.5L=1.0 mol/L。
例2:用惰性电极电解含有0.1mol CuCl2和0.1mol NaBr混 合溶液,电路中共0.4mol 电子转移,分析其中电 解过程。
【解析】解决电解问题的分析思路是:
(1) 电解质溶液中的离子是什么?
考虑CuCl2、NaBr和水的电离,溶液中有阳离子 Cu2+、Na+、H+,阴离子 Cl-、Br-、OH-;
(2) 通电后离子的移动方向是什么?
阳离子Cu2+、Na+、H+移向阴极,阴离子Cl-、Br-、OH-移向阳极;
(3) 离子移动到电极后放电的顺序是什么?
根据阴离子放电顺序:Br->Cl->OH-,阳极产物依次是Br2、Cl2、O2;
根据阳离子放电顺序:Cu2+>H+>Na+(不放电),阴极产物 依次是Cu、H2
(4)定量计算
阳极:2Br-—2e-=Br2 0.1mol Br-共转移 0.1mol e-生成 0.05mol Br2
2Cl-—2e-=Cl2 0.2mol Cl-共转移 0.2mol e-生成 0.1mol Cl2
4OH--4e-=O2+2H2O 0.1mol OH-共转移 0.1mol e-,生成 0.025mol O2
阴极:Cu2++2e-=Cu 0.1mol Cu2+共转移 0.2mol e-生成 0.1 mol Cu
2H++2e-=H2 0.2mol H+共转移 0.2mol e-生成 0.1 mol H2 最终溶液为含0.1mol NaOH的溶液。
例3:将等物质的量的KI和CuCl2溶于水,用惰性电极电 解,该电解反应可分为 阶段。(填表不一定填满)
阶段 | 相当于电解?溶液 | 离子方程式 |
① | ||
② | ||
③ | ||
⑤ |
分析过程:设KI和CuCl2都为1mol,则溶液中有1mol K+, 1mol I-,1mol Cu2+,2mol Cl-
在阳极上放电顺序为:I->Cl->OH- 阴极上放电顺序为:Cu2+>H+>K+
第一阶段:阳极 2I-—2e-=I2 ,阴极 Cu2++2e-=Cu 所以第一阶段相当于电解CuI2溶液。当1mol I-完全放电 时失去了 1mol 电子,通过计算可知在阴极反应了 0.5mol Cu2+, 溶液中剩佘0.5mol Cu2+。
第 二 阶段:阳极 2Cl-—2e-=Cl2 ,阴极 Cu2++2e-=Cu 所以第二阶段相当于电解CuCl2溶液。当溶液中的 0.5mol Cu2+完全放电时得到了 1mol 电子,通过计算可知在阳极 有1mol Cl-放电,溶液中还剩余1mol Cl-。
第三阶段:阳极Cl-—2e-=Cl2 ,阴极2H++2e-=H2 所以第三阶段相当于电解HCl溶液。
第四阶段:当溶液中的Cl-放电完毕后,阳极变为水中的 OH-放电,阳极 4OH-—4e-=2H2O+O2 ,阴极 2H++2e-=H2 所以第四阶段相当于电解KOH溶液。
经过以上分析可知上面溶液的电解分为四个阶段,在分析 问题时要注意溶液中每一电极的放电顺序,进行定量分析,在 考虑离子的放电顺序时不要忽视水产生的OH-和H+只有这样 才能完整作答。
电解池中有关某一电极放电顺序的问题是高考中的常考 点,同学们在处理相关问题时要注意放电的阶段性,避免处理 问题时出现考虑不全的情况,通过上面的例题分析以期望对同 学们的学习有所帮助。
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