■北京市十一學(xué)校 曾冬冬(博士)

電化學(xué)易錯(cuò)題歸類剖析

■北京市十一學(xué)校 曾冬冬(博士)

與電化學(xué)相關(guān)的習(xí)題、考題主要包括兩類：一是電化學(xué)的基本原理(原電池原理、電解池原理),二是電化學(xué)原理的應(yīng)用(原電池的應(yīng)用,電解池的應(yīng)用)。在解答側(cè)重考查電化學(xué)基本原理的習(xí)題時(shí),可構(gòu)建一個(gè)簡單清晰的電路模型,借助模型來理解、記憶相關(guān)的概念、反應(yīng)原理。在解答側(cè)重考查電化學(xué)原理應(yīng)用的習(xí)題時(shí),既要借助電路模型,又要合理分析題中相關(guān)信息,將基本模型和題中信息結(jié)合起來,做到有的放矢,靈活準(zhǔn)確。

一、電化學(xué)基本原理

從電學(xué)的角度來分析,原電池相當(dāng)于電源,電解池相當(dāng)于用電器。將電化學(xué)中的原電池、電解池和電學(xué)中的常見電路對(duì)應(yīng)起來,能降低電化學(xué)認(rèn)識(shí)上的陌生度,理清電極名稱、電子流向、離子流向等基本問題。

圖1是常見的電路示意圖,電流從電源正極流出,經(jīng)用電器流回負(fù)極。將圖1中的電源替換成原電池,用電器替換成電解池,能得到圖2電化學(xué)的電路模型。其中正電荷的流向與電流流向相同,即電解質(zhì)溶液中的陽離子移向得電子的電極;負(fù)電荷的流向與電流流向相反,即電解質(zhì)溶液中的陰離子移向失電子的電極,電子從負(fù)極流出,經(jīng)導(dǎo)線流入陰極,從陽極流出,經(jīng)導(dǎo)線流入正極。

圖1

圖2

表1 原電池與電解池間的關(guān)聯(lián)

例1 圖3裝置(Ⅰ)是一種可充電電池的示意圖,裝置(Ⅱ)為電解池的示意圖。裝置(Ⅰ)的離子交換膜只允許Na+通過。已知裝置(Ⅰ)的化學(xué)反應(yīng)方程式為Na2S4+3NaBr。當(dāng)閉合開關(guān)K時(shí),X極附近溶液變紅色。下列說法正確的是( )。

圖3

A.閉合K時(shí),鈉離子從右到左通過離子交換膜

B.閉合K時(shí),負(fù)極反應(yīng)為3NaBr-2e-══NaBr3+2Na+

C.閉合K時(shí),X電極的電極反應(yīng)式為2Cl--2e-══Cl2↑

D.閉合K時(shí),當(dāng)有0.1 molNa+通過離子交換膜,X電極上析出標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體1.12L

解析：當(dāng)閉合開關(guān)K時(shí),裝置(Ⅱ)是利用惰性電極電解NaCl溶液(含酚酞),X極附近溶液變紅色,說明電極X是電解池的陰極,結(jié)合電化學(xué)的電路模型,能分析出：閉合開關(guān)K時(shí),裝置(Ⅰ)是原電池,其中A電極為負(fù)極,電子流出;B電極為正極,電子流入,Na+移向正極(即B電極)。裝置(Ⅱ)是電解池,X電極為陰極,電子流入,Y電極為陽極,電子流出。

裝置(Ⅰ)中Na+移向正極(B電極),從左向右通過離子交換膜。A錯(cuò)誤。

裝置(Ⅰ)中負(fù)極的反應(yīng)為2Na2S2-2e-══Na2S4+2Na+。B錯(cuò)誤。

X電極的電極反應(yīng)式為2H2O+2e-══H2↑ +2OH-。C錯(cuò)誤。

當(dāng)有0.1molNa+通過離子交換膜時(shí),會(huì)有0.1 mole-發(fā)生轉(zhuǎn)移,X電極上將產(chǎn)生0.05molH2,標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為1.12L。D正確。

答案：D

二、電化學(xué)原理的應(yīng)用

考查電化學(xué)原理應(yīng)用的習(xí)題,一般是結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)或?qū)嶋H生活的應(yīng)用背景,同時(shí)題中會(huì)輔以若干信息。這類題的難度在于大多數(shù)背景和信息都是比較陌生的,那就要求解題時(shí)能將基本原理和信息有效地結(jié)合起來,做到靈活準(zhǔn)確,有的放矢。

例2用惰性電極電解Na2CO3溶液,能得到NaHCO3溶液。其電解原理如圖4所示。

圖4

陽極的電極反應(yīng)式為____,陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為____。

解析：根據(jù)圖中所給信息,可知：(1)陽極區(qū)加入的是Na2CO3溶液,產(chǎn)生的是NaHCO3溶液和O2;(2)陰極區(qū)加入的是稀NaOH溶液,產(chǎn)生的物質(zhì)A和更高濃度的NaOH溶液。據(jù)此可分析出：(1)陽極區(qū)的反應(yīng)為4Na2CO3+2H2O-4e-══O2↑+4NaHCO3+4Na+(或+2H2O-4e-══O2↑+);(2)陰極區(qū)的反應(yīng)為2H2O+2e-══H2↑+2OH-。

答案：4Na2CO3+2H2O-4e-══O2↑+4NaHCO3+4Na+(或+2H2O-

2H2O+2e-══H2↑+2OH-

跟蹤練習(xí)：

1.用石墨電極完成下列電解實(shí)驗(yàn)(見表2)。

表2

下列對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是( )。

A.a、d處：2H2O+2e-══H2↑+2OH

B.b處：2Cl--2e-══Cl2↑

C.c處發(fā)生了反應(yīng)：Fe-2e-══Fe2+

D.根據(jù)實(shí)驗(yàn)一的原理,實(shí)驗(yàn)二中m處能析出銅

2.某混合物漿液含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4?？紤]到膠體的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小組利用設(shè)計(jì)的電解分離裝置(見圖5),使?jié){液分離成固體混合物和含鉻元素溶液,并回收利用。用惰性電極電解時(shí),能從漿液中分離出來的原因是____,分離后含鉻元素的粒子是____;陰極室生成的物質(zhì)為____(寫化學(xué)式)。

圖5

答案：1.B2.在直流電場作用下通過陰離子膜移向陽極室,脫離漿液

(責(zé)任編輯 謝啟剛)

曾冬冬,畢業(yè)于中國科學(xué)院,博士研究生,博士期間獲授權(quán)發(fā)明專利兩項(xiàng)。曾輔導(dǎo)學(xué)生獲得北京市科技創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)。教學(xué)論文曾獲得北京市教學(xué)研究優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)等。