“图象法”结合“电解复原”解决电化学的计算问题

2020-02-29杜博

高中数理化 2020年3期

关键词：复原电解阳极

杜博

电化学的计算是学生高三复习的一大难题,一般情况下,教师习惯将常见的知识分门别类地帮学生整理好,将电解方程式分别归纳整理,有些教师意识到可以用数形结合来解决具体问题.笔者在这里介绍一种使用数形结合的思路,对于高三年级复习电解有一定的帮助．

1 模型建构

提出问题:用惰性电极电解一定体积1mol·L-1的CuSO4溶液,画出两电极生成气体的物质的量和通电时间之间的关系．

阳极：随着电解过程的进行,一直是水中OH-放电,电极反应方程式为4OH--4e-=O2↑+2H2O;促进水的电离平衡H2OH++OH-,在阳极生成H+．

图1

阴极：随着放电过程的进行,Cu2+浓度逐渐下降到零(这里只讨论理论情形,实际情况要复杂得多),随后溶液中H+开始放电,发生反应2H++e-=H2↑．由于转移相同电子时,生成氢气的量要多于生成氧气的量,可作出如图1所示的图象.

在t1时刻,生成的氢气和氧气相等,此时生成的单质n(Cu)∶n(H2)∶n(O2)=1∶1∶1,按照物料守恒,即可用Cu(OH)2或者n(CuO)∶n(H2O)=1∶1的混合物复原,此时转移电子的物质的量n(e-)=4n(O2)=2[n(Cu)+n(H2)].各个时刻情况讨论如表1所示.

表1

续表

可以画出下列直观分析图象:

图2

在A点处有如下结论:

1)此时电极产物中,

n(Cu)∶n(H2)∶n(O2)=1∶1∶1;

2)复原物质可以只是Cu(OH)2或者按照n(CuO)∶n(H2O)=1∶1进行投料复原．

进行电解复原问题分析时,先分析两极生成气体的情况,将需要还原溶液的物质写成n(CuO)∶n(H2O)的形式，确定所给定的情况是位于哪个时间段．由于阳极产物单一,可以先确定阳极产物(氧气)的物质的量,据此计算整个过程中转移电子的物质的量．再依据电子守恒n(e-)=2n(Cu)+2n(H2)=4n(O2),计算含铜物质的量和氢气的物质的量.

注意：也可以用碳酸铜代替氧化铜,碳酸根离子反应后会释放二氧化碳,实际上只有一个氧原子能进入溶液中．