■北京市十一學校 曾冬冬(博士)

電化學易錯題歸類剖析

■北京市十一學校 曾冬冬(博士)

與電化學相關(guān)的習題、考題主要包括兩類：一是電化學的基本原理(原電池原理、電解池原理),二是電化學原理的應用(原電池的應用,電解池的應用)。在解答側(cè)重考查電化學基本原理的習題時,可構(gòu)建一個簡單清晰的電路模型,借助模型來理解、記憶相關(guān)的概念、反應原理。在解答側(cè)重考查電化學原理應用的習題時,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,靈活準確。

一、電化學基本原理

從電學的角度來分析,原電池相當于電源,電解池相當于用電器。將電化學中的原電池、電解池和電學中的常見電路對應起來,能降低電化學認識上的陌生度,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,電子從負極流出,經(jīng)導線流入陰極,從陽極流出,經(jīng)導線流入正極。

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)的化學反應方程式為Na2S4+3NaBr。當閉合開關(guān)K時,X極附近溶液變紅色。下列說法正確的是( )。

圖3

A.閉合K時,鈉離子從右到左通過離子交換膜

B.閉合K時,負極反應為3NaBr-2e-══NaBr3+2Na+

C.閉合K時,X電極的電極反應式為2Cl--2e-══Cl2↑

D.閉合K時,當有0.1 molNa+通過離子交換膜,X電極上析出標準狀況下氣體1.12L

解析：當閉合開關(guān)K時,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)合電化學的電路模型,能分析出：閉合開關(guān)K時,裝置(Ⅰ)是原電池,其中A電極為負極,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錯誤。

裝置(Ⅰ)中負極的反應為2Na2S2-2e-══Na2S4+2Na+。B錯誤。

X電極的電極反應式為2H2O+2e-══H2↑ +2OH-。C錯誤。

當有0.1molNa+通過離子交換膜時,會有0.1 mole-發(fā)生轉(zhuǎn)移,X電極上將產(chǎn)生0.05molH2,標準狀況下體積為1.12L。D正確。

答案：D

二、電化學原理的應用

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

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

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)的反應為4Na2CO3+2H2O-4e-══O2↑+4NaHCO3+4Na+(或+2H2O-4e-══O2↑+);(2)陰極區(qū)的反應為2H2O+2e-══H2↑+2OH-。

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

2H2O+2e-══H2↑+2OH-

跟蹤練習：

1.用石墨電極完成下列電解實驗(見表2)。

表2

下列對實驗現(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：Fe-2e-══Fe2+

D.根據(jù)實驗一的原理,實驗二中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,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

(責任編輯 謝啟剛)

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