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对电解池中放电阶段性例题探究

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













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。

(责任编辑:化学自习室)
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