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名師家教:例說電化學問題的解答

http://www.enorth.com.cn  2008-04-15 17:00
 

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  從近幾年的高考題來看,電化學問題是必考的內容之一,但都比較基礎,而且考查原電池的比重較大。實際上,電化學中體現的規律就是氧化還原反應(有時還有離子反應)的規律。抓住這一點,將二者結合起來考慮,電化學的問題就迎刃而解了。

  高考電化學常涉及的問題有:原理判斷(區分原電池和電解池)、電極判斷、電極反應和總反應的書寫(或判斷正誤)、放電順序(電極和離子等)、電流(或電子流動)方向、離子移動方向、電化學計算等。下面就兩道典型例題的分析爲例,對電化學問題的解題思路加以說明。

  例1.如圖所示,U形管中裝入飽和食鹽水,在A、B兩端分別滴入3滴酚酞試液,用導線將碳棒、電流表與鐵釘相連,M、N分別連接直流電源正、負極進行實驗。下列關於該實驗的敘述中不正確的是( )

  A.一段時間後,碳棒附近溶液變紅

  B.一段時間後,A端有可以使溼潤的澱粉-碘化鉀試紙變藍的氣體產生

  C.一段時間後,將M、N分別改接直流電源的負、正極,則鐵釘附近有白色沉澱生成,最終沉澱變爲紅褐色

  D.若起始時按右圖安裝好裝置,但將M、N直接用導線相連,則正極反應爲:O2+4e-+ 2H2O=4OH-

  分析:首先應明確,當“M、N分別連接直流電源正、負極”時,此裝置爲電解池,而“將M、N用導線直接相連”時,此裝置爲原電池。M、N分別連接直流電源正、負極時,碳棒爲陽極,電極反應爲:2Cl--2e-=Cl2↑,Cl2可以使溼潤的澱粉-碘化鉀試紙變藍;鐵釘爲陰極,電極反應爲:2H++2e-=H2↑,同時生成的OH-使溶液顯鹼性,酚酞變紅。當電解“一段時間後”,將電源反接,則碳棒爲陰極,電極反應爲:2H++2e-=H2↑;鐵釘爲陽極,電極反應爲:Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2↓(OH-爲將電源反接前電解食鹽水產生的),隨後白色沉澱Fe(OH)2被氧化爲紅褐色沉澱:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4 Fe(OH)3。“將M、N用導線直接相連”時,鐵釘爲負極,電極反應爲:Fe-2e-=Fe2+;碳棒爲正極,電極反應爲:O2+4e-+2H2O=4OH-。

  答案:A

  例2.用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液,通電一段時間後,向所得溶液中加入0.4 mol Cu(OH)2後恰好恢復至電解前的濃度和pH。則電解過程中轉移的電子數是( )

  A.1.6 mol B.1.2mol

  C.0.8 mol D.0.4 mol

  分析:根據題目中的條件,剛開始電解時,該電解池中

  陽極反應爲:

  4OH--4e-=O2↑+2H2O……………①

  陰極反應爲:

  2Cu2+-4e-=2Cu……………………②

  總反應爲:

  2Cu2++2H2O=2Cu↓+ O2↑+4H+

  由總反應的離子方程式可以看出,從溶液中析出的元素是Cu和O,兩種原子的物質的量之比爲1:1,可以視爲溶液中析出了“CuO”。因此,若要在電解了較短的一段時間後,使溶液恢復至電解前的濃度和pH,只需向溶液中加入適量CuO(與溶液中的硫酸反應生成硫酸銅)。但題目中卻要加入適量Cu(OH)2後才能恰好恢復至電解前的濃度和pH,說明電解的時間較長,所有Cu2+均已放電之後還在通電,此時水又被電解,溶液中的部分水以H2和O2形式逸出:4H2O→4H++4OH-

  陰極反應爲:

  4H++4e-=2H2↑………………………③

  陽極反應爲:

  4OH--4e-=O2↑+ 2H2O…………④

  總反應爲:2 H2O=2H2↑+ O2↑

  此題中可將Cu(OH)2視爲“CuO·H2O”,說明又電解失去的水與先前失去的“CuO”的物質的量相等,依題意,即溶液失去了0.4mol “CuO”和0.4mol H2O。則根據電極反應式①、②、③、④可以計算出電解過程中轉移的電子的總物質的量:

  0.4mol×2+0.4 mol×2=1.6mol

  答案:A

稿源 北方網 編輯 趙晶
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