电解池考点探析

◇ 江苏 徐 磊

(作者单位:江苏省泰州市民兴实验中学高中部)

在历年的高考中对电解池的考查既有客观题,也有主观题.客观题的考查中一般是将电解池的概念分散于试题的各选项中,主观题一般是集中考查,既考查电解池的基础知识,也考查学生的知识应用能力,包括学生的阅读能力、问题分析和解决能力.

1 电解池的考点汇总

1.1 基本概念汇总

电解池是在外加电源的作用下,使溶液中的带电粒子在电极上发生氧化还原反应的装置.电解池中与电源正极相连的电极为阳极,与电源负极相连的电极为阴极.在接通电源后,溶液中的离子会发生定向移动,阳离子向阴极移动并在阴极上发生还原反应,而阴离子向阳极移动,如果是以惰性材料作阳极,则阴离子在阳极发生氧化反应.

1.2 基本规律汇总

1)离子的放电规律

电解池中的阴、阳离子在外加电场的作用下,会使阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动.在惰性电极条件下,阳极上有多种阴离子时,其发生还原反应的强弱顺序是Ag＋＞Cu2＋＞H＋＞其他离子;阴极上有多种离子可能参与反应时,其发生氧化反应的强弱顺序是S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞其他离子.

2)问题的分析方法

电解池是最强有力的迫使氧化还原反应发生的装置,溶液中的离子都可能会参加反应,所以我们在寻找发生反应的离子时,一定要注意在水溶液中的反应,H＋和OH－都可能会参加反应,所以一定要注意列出所有可能存在的离子.也就是说,在溶液中不仅要考虑溶质的电离,还要考虑溶剂的电离.

3)反应方程式书写

书写电解池中的电极反应和电池总反应是电解池考查的重点,也是考查的难点.它不仅考查学生的基础知识,而且还要考查学生的阅读能力(也就是我们常说的读题能力)、问题分析能力和问题解决能力.比如,电极反应式中的 H＋、OH－、H2O 各是在什么条件下出现,需要我们分析电解液的酸碱性才能得到正确的结论.

2 电解池考题解析

例(2019年全国卷Ⅱ,节选)环戊二烯是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产.比如,环戊二烯可用于制备二茂铁(Fe(C5H5)2,结构简式为后者广泛应用于航天、化工等领域中.二茂铁的电化学制备原理如图1,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂).该电解池阳极为____,总反应为____.电解制备需要在无水条件下进行,原因为______.

图1

分析本题考查电解池的原理、概念和方程式书写,同时还考查了活泼金属钠的性质特征.解决此类问题时,我们需要对电解池的概念有充分的记忆和再现,同时要有很强的阅读试题的能力.学生通过对图形表征的内容进行正确分析,就可以得到解决问题的程序和步骤.具体解题过程如下:观察电解池构造图(如图1-甲)和反应流程中的思维导图(如图1-乙),我们可以看到原电解液中不存在Fe2＋,但在思维导图中有Fe2＋,由此可以判断是铁失去电子形成的离子进入溶液,这样根据铁发生的是失电子,即氧化反应而判断出该电解池中的阳极材料是铁;由思维导图我们可以看出电解池工作时的变化过程,首先看到的是电解池的阴极上Na＋得到电子生成了钠,然后是生成的钠与环戊二烯发生了置换反应生成了氢气和环戊二烯钠.同时在电解池的阳极上因为是非惰性电极,所以电极本身失去电子形成Fe2＋进入溶液,与前者生成的环戊二烯阴离子结合得到了二茂铁.由以上过程中的分步反应,根据电子得失数目相等相加即可得到总反应:而在反应过程中经历了生成金属钠,金属钠再与环戊二烯反应的过程,这就决定了该电解液不能是一个含水体系,因为金属钠会与水反应而失去与环戊二烯反应的机会,也就不可能生成二茂铁这样的最终产物.

在学习电解池时一定要先掌握最基本的知识,然后通过变式训练提高我们的基本知识应用和迁移能力,从而解决我们不熟悉的新问题.