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名师家教:例说电化学问题的解答

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

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  从近几年的高考题来看,电化学问题是必考的内容之一,但都比较基础,而且考查原电池的比重较大。实际上,电化学中体现的规律就是氧化还原反应(有时还有离子反应)的规律。抓住这一点,将二者结合起来考虑,电化学的问题就迎刃而解了。

  高考电化学常涉及的问题有:原理判断(区分原电池和电解池)、电极判断、电极反应和总反应的书写(或判断正误)、放电顺序(电极和离子等)、电流(或电子流动)方向、离子移动方向、电化学计算等。下面就两道典型例题的分析为例,对电化学问题的解题思路加以说明。

  例1.如图所示,U形管中装入饱和食盐水,在A、B两端分别滴入3滴酚酞试液,用导线将碳棒、电流表与铁钉相连,M、N分别连接直流电源正、负极进行实验。下列关于该实验的叙述中不正确的是( )

  A.一段时间后,碳棒附近溶液变红

  B.一段时间后,A端有可以使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝的气体产生

  C.一段时间后,将M、N分别改接直流电源的负、正极,则铁钉附近有白色沉淀生成,最终沉淀变为红褐色

  D.若起始时按右图安装好装置,但将M、N直接用导线相连,则正极反应为:O2+4e-+ 2H2O=4OH-

  分析:首先应明确,当“M、N分别连接直流电源正、负极”时,此装置为电解池,而“将M、N用导线直接相连”时,此装置为原电池。M、N分别连接直流电源正、负极时,碳棒为阳极,电极反应为:2Cl--2e-=Cl2↑,Cl2可以使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝;铁钉为阴极,电极反应为:2H++2e-=H2↑,同时生成的OH-使溶液显碱性,酚酞变红。当电解“一段时间后”,将电源反接,则碳棒为阴极,电极反应为:2H++2e-=H2↑;铁钉为阳极,电极反应为:Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2↓(OH-为将电源反接前电解食盐水产生的),随后白色沉淀Fe(OH)2被氧化为红褐色沉淀:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4 Fe(OH)3。“将M、N用导线直接相连”时,铁钉为负极,电极反应为:Fe-2e-=Fe2+;碳棒为正极,电极反应为:O2+4e-+2H2O=4OH-。

  答案:A

  例2.用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得溶液中加入0.4 mol Cu(OH)2后恰好恢复至电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子数是( )

  A.1.6 mol B.1.2mol

  C.0.8 mol D.0.4 mol

  分析:根据题目中的条件,刚开始电解时,该电解池中

  阳极反应为:

  4OH--4e-=O2↑+2H2O……………①

  阴极反应为:

  2Cu2+-4e-=2Cu……………………②

  总反应为:

  2Cu2++2H2O=2Cu↓+ O2↑+4H+

  由总反应的离子方程式可以看出,从溶液中析出的元素是Cu和O,两种原子的物质的量之比为1:1,可以视为溶液中析出了“CuO”。因此,若要在电解了较短的一段时间后,使溶液恢复至电解前的浓度和pH,只需向溶液中加入适量CuO(与溶液中的硫酸反应生成硫酸铜)。但题目中却要加入适量Cu(OH)2后才能恰好恢复至电解前的浓度和pH,说明电解的时间较长,所有Cu2+均已放电之后还在通电,此时水又被电解,溶液中的部分水以H2和O2形式逸出:4H2O→4H++4OH-

  阴极反应为:

  4H++4e-=2H2↑………………………③

  阳极反应为:

  4OH--4e-=O2↑+ 2H2O…………④

  总反应为:2 H2O=2H2↑+ O2↑

  此题中可将Cu(OH)2视为“CuO·H2O”,说明又电解失去的水与先前失去的“CuO”的物质的量相等,依题意,即溶液失去了0.4mol “CuO”和0.4mol H2O。则根据电极反应式①、②、③、④可以计算出电解过程中转移的电子的总物质的量:

  0.4mol×2+0.4 mol×2=1.6mol

  答案:A

稿源 北方网 编辑 赵晶
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