化学自习室移动版

首页>化学反应原理>电化学>方法与规律k>

利用“去长补短”策略,化解电解池中电解液浓度恢复的疑难问题

高中阶段利用惰性电极电解电解质溶液大致可分为 三类:

第一类:电解液中电解质本身被电解;

第二类:电解液中的溶剂水被电解;

第三类:电解液中电解质和水同时被电解。

因此要解决电解后的电解液浓度恢复原状这个疑难问题,首当其冲的是弄清电解的化学反应本质。接下来按照上述分类通过具体实例利用“去长补短”策略,化解高中化学电解池中电解液浓度恢复的具体疑难问题。

1.电解液中电解质本身被电解

电解液中电解质本身被电解,这一类情况主要包括无氧酸溶液和不活泼金属无氧酸盐溶液两部分。

1.1利用惰性电极电解无氧酸溶液

典例赏析:

利用惰性电极电解pH=5的盐酸溶液电解后溶液如何恢复到原来的状态?

根据盐酸溶液的电解本质可知真正被电解的是盐酸溶液中的HCl,其电解方程式为:2HCl=H2↑+Cl2↑;通过分析上述电解方程式可知电解后由于HCl被电解消耗;故电解后盐酸溶液浓度较电解前减小;要使盐酸溶液浓度恢复电解前,结合上述“去长补短”的策略可知通过通入HCl气体实现溶液浓度的恢复。

1.2利用惰性电极电解不活泼金属无氧酸盐溶液

以不活泼金属无氧酸盐溶液CuCl2溶液为例说明:

根据电解CuCl2溶液的本质可知真正被电解的是CuCl2本身,其电解方程式为:CuCl2=Cu+Cl2↑。

通过上述电解方程式可知电解后由于CuCl2被电解消耗,故导致CuCl2溶液浓度减小, 要恢复CuCl2溶液浓度至电解前的浓度,结合上述“去长补短”的策略可知短缺了CuCl2,应该补上CuCl2

2.电解液中溶剂水被电解

电解液中溶剂水被电解的这一类涉及物质主要包括的是含氧酸和可溶性碱及活泼金属含氧酸盐三部分。

2.1利用惰性电极电解含氧酸溶液

以含氧酸溶液H2SO4溶液为例说明:

根据H2SO4溶液的电解本质可知真正被电解的是H2O,其电解方程式为 :2H2O=2H2↑+O2↑。

通过分析上述电解方程式可知,电解后由于硫酸溶液中溶剂H2O被电解消耗;故导致H2SO4溶液浓度较电解前增大;要恢复H2SO4溶液浓度至电解前的浓度,根据上述“去长短补”策略可知应该补上H2O即可恢复。

2.2利用惰性电极电解可溶性碱溶液

以 可 溶 性 碱 溶 液 的NaOH溶 液 为 例 来 说 明 :根 据 NaOH溶液的电解本质可知真正被电解的是H2O,其电解方程式为 :2H2O=2H2↑+O2↑。通过分析上述电解方程式可知,电解后由于NaOH溶液中溶剂H2O被消耗 , 故导致 NaOH溶液浓度增大,要恢复NaOH溶液浓度至电解前的浓度,结合上述“去长短补”的策略可知应该补上H2O。

2.3利用惰性电极电解活泼金属含氧酸盐溶液

以 活 泼 金 属 含 氧 酸 盐 溶 液 中 的Na2SO4溶 液 为 例 说 明 :

根 据Na2SO4溶 液 的 电 解 本 质 可 知 真 正 被 电 解 的 是H2O ,其电 解 方 程 式 为 :2H2O=2H2↑+O2↑,通 过 分 析 上 述 电 解 方程式可知, 电解后由于Na2SO4溶液中溶剂H2O被电解消耗,故Na2SO4溶 液 浓 度 较 电 解 前 增 大,要 恢 复Na2SO4溶 液 浓 度至 电解前的浓度,结合上述策略可知应该补上H2O 。

3.电解液中电解质本身和水同时被电解

电解质和溶剂水同时被电解的这种复杂特殊情况而言,要恢复电解液的浓度充分利用好“去长补短”的策略并将其延伸升华。

这一类电解液主要包括活泼金属无氧酸盐溶液和不活泼金属含氧酸盐溶液两种情况。

3.1利用惰性电极电解活泼金属无氧酸盐溶液

以电解活泼金属无氧酸盐溶液中NaCl溶液为例说明:

根据NaCl溶液的电解本质可知真正被电解的是NaCl和H2O同时生 成 了 新 物 质 NaOH,其 电 解 方 程 式 为 :2NaCl+2H2O =2NaOH+Cl2↑+H2↑。

通过分析上述电解方程式可知电解后由于NaCl和H2O同时被消耗, 故NaCl溶液浓度较电解前减小,要恢复NaCl溶液浓度至电解前,综合考虑应加入HCl。

由于加入的HCl和 电 解 后 产 生 的NaOH反 应 , 且 反 应 方 程 式 为 :HCl+NaOH=NaCl+H2O,通过这种方式将 “去长短补 ”的策略得以延伸升华,既补上被电解消耗的NaCl和H2O又将电解后产生的多余的NaOH除去,特别说明的是加入的恢复试剂不选用盐酸,因为盐酸虽然将多余的NaOH反应生成NaCl和H2O,但盐酸本身带有的溶剂水会导致所要恢复的NaCl溶液的浓度较电解前偏小。

3.2利用惰性电极电解不活泼金属含氧酸盐溶液

以电解不活泼金属含氧酸盐溶液中的CuSO4溶液为例说明:

根据CuSO4溶液的电解本质可知真正被电解的是CuSO4和H2O,同时生成H2SO4其电解方程式为 :2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4

通过分析上述电解方程式可知 , 电解后由于CuSO4和H2O同时被消耗 ,故CuSO4溶液浓度减小,要恢复CuSO4溶液浓度至电解前, 应该补上CuSO4和H2O同时将电解过程中产生的H2SO4除去,综合分析可利用“去长短补”的策略应补入CuO,由于CuO+H2SO4=CuSO4+H2O,这样使得CuSO4溶液的浓度才能真正恢复原状。

综合上述:通过利用建立在元素守恒思想基础之上的“去长补短”策略化解高中化学电解池中电解液浓度恢复的疑难问题是一种很有效的方法, 这种策略的应用不仅能够让学生搞清楚电解过程的本质而且将元素守恒思想灵活应用到具体的解题中,并得以延伸和深化。

(责任编辑:化学自习室)
说点什么吧
  • 全部评论(0
    还没有评论,快来抢沙发吧!