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电解质溶液导电的过程就是在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。电解的有关放电、电解质溶液的变化、电极产物、pH变化等规律,在同学们的学习过程中,往往难以理解并掌握这些变化的本质。在教学过程中,本人认为以下归纳值得同学借鉴:
一、阳极产物的判断
首先看电极,如果是活泼电极(金属活动顺序表Ag以前),则电极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要再看溶液中的离子的失电子能力,还原性强的阴离子在阳极先发生氧化反应。此时根据阴离子放电顺序加以判断,阴离子放电顺序:
S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根。
二、阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断,氧化性强的阳离子在阴极上发生还原反应,阳离子放电顺序:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
三、用惰性电极进行溶液中的电解时各种变化情况简析
1.电解水型
电极反应特点:
阴极:2H++2e-=H2
阳极:4OH-4e-=2H2O+O2
例1,用惰性电极分别电解下列各物质水溶液一段时间后,向剩余电解质溶液加入适量水能使溶液恢复到电解前浓度的是()。
A、AgNO3B、Na2SO4C、CuCl2D、H2SO4
解析:既然电解一段时间后,向剩余溶液中加水,就能使溶液恢复到电解前的浓度,说明电解过程中消耗的是水,那么在两个电极上放电的离子分别是H+和OH-,那么溶液中的阳离子放电能力都只能小于H+,同理,溶液中阴离子放电能力也只能小于OH-,常见物质有强碱、含氧酸和强碱对应的含氧酸盐。
答案:BD。
2.放O2生酸型
电极反应特点:
阴极:电解质阳离子放电。
阳极:H2O放O2生酸。
例2,用惰性电极电解下列溶液,电解一段时间后,阴极质量增加,电解液的pH下降的是( )。
A、CuSO4B、AgNO3 C、BaCl2 D、H2SO4
解析:阴极质量增加,说明溶液中含有不活泼金属的阳离子,
电解液的pH下降,说明在阳极上是OH-离子放电而使溶液中[H+]增大,溶液中的阴离子应该是含氧酸根离子。
答案:AB。
例3,将两个铂电极插入500mlCuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化)。此时溶液中氢离子浓度约为()。
A、4×10-3 mol/L B、2×10-3 mol/L
C、1×10-3 mol/L D、1×10-7mol/L
解析:根據电解反应关系式:Cu—2H+可知,每生成64g铜将同时生成2 molH+。
故,[H+]==4×10-3 mol/L。
答案:A。
3.放H2生碱型
电极反应特点:
阴极:H2O放O2生碱。
阳极:电解质阴离子放电。
例4,在实验室中电解500ml某0.03 mol/L的NaCl溶液,通电一段时间后溶液的pH值从7增加到12时(设电解时溶液的体积变化忽略不计),阴极产生 ml气体(标况),溶液中NaCl的浓度为 mol/L。
解析:2 NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
pH从7增加到12,生成的NaOH为0.01×0.5~10-7×0.5≈5×10-3mol,由电子守恒关系可知如下关系:2NaOH~H2,所以V(H2)=5×10-3×0.5×22.4=5.6×10-2L=56ml,剩余NaCl的浓度为:
c(NaCl)=(0.03×0.5-5×10-3)/0.5=0.02 mol/L。
4.分解电解质型
电极反应特点:电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电。
例5,右图(略)是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是( )。
A、a为负极,b为正极。
B、a为阳极,b为阴极。
C、电解过程中,d电极质量增加。
D、电解过程中,氯离子浓度不变。
解析:a为电源的正极,b为负极,电源不讲阴阳极,故A和B项均错;装置为电解CuCl2,显然D项错。
答案:C。
一、阳极产物的判断
首先看电极,如果是活泼电极(金属活动顺序表Ag以前),则电极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要再看溶液中的离子的失电子能力,还原性强的阴离子在阳极先发生氧化反应。此时根据阴离子放电顺序加以判断,阴离子放电顺序:
S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根。
二、阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断,氧化性强的阳离子在阴极上发生还原反应,阳离子放电顺序:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
三、用惰性电极进行溶液中的电解时各种变化情况简析
1.电解水型
电极反应特点:
阴极:2H++2e-=H2
阳极:4OH-4e-=2H2O+O2
例1,用惰性电极分别电解下列各物质水溶液一段时间后,向剩余电解质溶液加入适量水能使溶液恢复到电解前浓度的是()。
A、AgNO3B、Na2SO4C、CuCl2D、H2SO4
解析:既然电解一段时间后,向剩余溶液中加水,就能使溶液恢复到电解前的浓度,说明电解过程中消耗的是水,那么在两个电极上放电的离子分别是H+和OH-,那么溶液中的阳离子放电能力都只能小于H+,同理,溶液中阴离子放电能力也只能小于OH-,常见物质有强碱、含氧酸和强碱对应的含氧酸盐。
答案:BD。
2.放O2生酸型
电极反应特点:
阴极:电解质阳离子放电。
阳极:H2O放O2生酸。
例2,用惰性电极电解下列溶液,电解一段时间后,阴极质量增加,电解液的pH下降的是( )。
A、CuSO4B、AgNO3 C、BaCl2 D、H2SO4
解析:阴极质量增加,说明溶液中含有不活泼金属的阳离子,
电解液的pH下降,说明在阳极上是OH-离子放电而使溶液中[H+]增大,溶液中的阴离子应该是含氧酸根离子。
答案:AB。
例3,将两个铂电极插入500mlCuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化)。此时溶液中氢离子浓度约为()。
A、4×10-3 mol/L B、2×10-3 mol/L
C、1×10-3 mol/L D、1×10-7mol/L
解析:根據电解反应关系式:Cu—2H+可知,每生成64g铜将同时生成2 molH+。
故,[H+]==4×10-3 mol/L。
答案:A。
3.放H2生碱型
电极反应特点:
阴极:H2O放O2生碱。
阳极:电解质阴离子放电。
例4,在实验室中电解500ml某0.03 mol/L的NaCl溶液,通电一段时间后溶液的pH值从7增加到12时(设电解时溶液的体积变化忽略不计),阴极产生 ml气体(标况),溶液中NaCl的浓度为 mol/L。
解析:2 NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
pH从7增加到12,生成的NaOH为0.01×0.5~10-7×0.5≈5×10-3mol,由电子守恒关系可知如下关系:2NaOH~H2,所以V(H2)=5×10-3×0.5×22.4=5.6×10-2L=56ml,剩余NaCl的浓度为:
c(NaCl)=(0.03×0.5-5×10-3)/0.5=0.02 mol/L。
4.分解电解质型
电极反应特点:电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电。
例5,右图(略)是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是( )。
A、a为负极,b为正极。
B、a为阳极,b为阴极。
C、电解过程中,d电极质量增加。
D、电解过程中,氯离子浓度不变。
解析:a为电源的正极,b为负极,电源不讲阴阳极,故A和B项均错;装置为电解CuCl2,显然D项错。
答案:C。