电化学易错题归类剖析

2017-11-22北京市十一学校曾冬冬博士

中学生数理化(高中版.高考理化) 2017年2期

■北京市十一学校曾冬冬(博士)

电化学易错题归类剖析

■北京市十一学校曾冬冬(博士)

与电化学相关的习题、考题主要包括两类：一是电化学的基本原理(原电池原理、电解池原理),二是电化学原理的应用(原电池的应用,电解池的应用)。在解答侧重考查电化学基本原理的习题时,可构建一个简单清晰的电路模型,借助模型来理解、记忆相关的概念、反应原理。在解答侧重考查电化学原理应用的习题时,既要借助电路模型,又要合理分析题中相关信息,将基本模型和题中信息结合起来,做到有的放矢,灵活准确。

一、电化学基本原理

从电学的角度来分析,原电池相当于电源,电解池相当于用电器。将电化学中的原电池、电解池和电学中的常见电路对应起来,能降低电化学认识上的陌生度,理清电极名称、电子流向、离子流向等基本问题。

图1是常见的电路示意图,电流从电源正极流出,经用电器流回负极。将图1中的电源替换成原电池,用电器替换成电解池,能得到图2电化学的电路模型。其中正电荷的流向与电流流向相同,即电解质溶液中的阳离子移向得电子的电极;负电荷的流向与电流流向相反,即电解质溶液中的阴离子移向失电子的电极,电子从负极流出,经导线流入阴极,从阳极流出,经导线流入正极。

图1

图2

表1 原电池与电解池间的关联

例1 图3装置(Ⅰ)是一种可充电电池的示意图,装置(Ⅱ)为电解池的示意图。装置(Ⅰ)的离子交换膜只允许Na+通过。已知装置(Ⅰ)的化学反应方程式为Na2S4+3NaBr。当闭合开关K时,X极附近溶液变红色。下列说法正确的是( )。

图3

A.闭合K时,钠离子从右到左通过离子交换膜

B.闭合K时,负极反应为3NaBr-2e-══NaBr3+2Na+

C.闭合K时,X电极的电极反应式为2Cl--2e-══Cl2↑

D.闭合K时,当有0.1 molNa+通过离子交换膜,X电极上析出标准状况下气体1.12L

解析：当闭合开关K时,装置(Ⅱ)是利用惰性电极电解NaCl溶液(含酚酞),X极附近溶液变红色,说明电极X是电解池的阴极,结合电化学的电路模型,能分析出：闭合开关K时,装置(Ⅰ)是原电池,其中A电极为负极,电子流出;B电极为正极,电子流入,Na+移向正极(即B电极)。装置(Ⅱ)是电解池,X电极为阴极,电子流入,Y电极为阳极,电子流出。

装置(Ⅰ)中Na+移向正极(B电极),从左向右通过离子交换膜。A错误。

装置(Ⅰ)中负极的反应为2Na2S2-2e-══Na2S4+2Na+。B错误。

X电极的电极反应式为2H2O+2e-══H2↑ +2OH-。C错误。

当有0.1molNa+通过离子交换膜时,会有0.1 mole-发生转移,X电极上将产生0.05molH2,标准状况下体积为1.12L。D正确。

答案：D

二、电化学原理的应用

考查电化学原理应用的习题,一般是结合工业生产或实际生活的应用背景,同时题中会辅以若干信息。这类题的难度在于大多数背景和信息都是比较陌生的,那就要求解题时能将基本原理和信息有效地结合起来,做到灵活准确,有的放矢。

例2用惰性电极电解Na2CO3溶液,能得到NaHCO3溶液。其电解原理如图4所示。

图4

阳极的电极反应式为____,阴极产生的物质A的化学式为____。

解析：根据图中所给信息,可知：(1)阳极区加入的是Na2CO3溶液,产生的是NaHCO3溶液和O2;(2)阴极区加入的是稀NaOH溶液,产生的物质A和更高浓度的NaOH溶液。据此可分析出：(1)阳极区的反应为4Na2CO3+2H2O-4e-══O2↑+4NaHCO3+4Na+(或+2H2O-4e-══O2↑+);(2)阴极区的反应为2H2O+2e-══H2↑+2OH-。

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

2H2O+2e-══H2↑+2OH-

跟踪练习：

1.用石墨电极完成下列电解实验(见表2)。

表2

下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )。

A.a、d处：2H2O+2e-══H2↑+2OH

B.b处：2Cl--2e-══Cl2↑

C.c处发生了反应：Fe-2e-══Fe2+

D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜

2.某混合物浆液含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(见图5),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。用惰性电极电解时,能从浆液中分离出来的原因是____,分离后含铬元素的粒子是____;阴极室生成的物质为____(写化学式)。