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高考化学名师指导:例说电化学问题的解答

2008-10-03 
  南开中学 何文   从近几年的高考题来看,电化学问题是必考的内容之一,但都比较基础,而且 ...

  南开中学 何文

  从近几年的高考题来看,电化学问题是必考的内容之一,但都比较基础,而且考查原电池的比重较大。实际上,电化学中体现的规律就是氧化还原反应(有时还有离子反应)的规律。抓住这一点,将二者结合起来考虑,电化学的问题就迎刃而解了。

  高考电化学常涉及的问题有:原理判断(区分原电池和电解池)、电极判断、电极反应和总反应的书写(或判断正误)、放电顺序(电极和离子等)、电流(或电子流动)方向、离子移动方向、电化学计算等。下面就两道典型例题的分析为例,对电化学问题的解题思路加以说明。

  例1.如图所示,u形管中装入饱和食盐水,在a、b两端分别滴入3滴酚酞试液,用导线将碳棒、电流表与铁钉相连,m、n分别连接直流电源正、负极进行实验。下列关于该实验的叙述中不正确的是( )

  a.一段时间后,碳棒附近溶液变红

  b.一段时间后,a端有可以使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝的气体产生

  c.一段时间后,将m、n分别改接直流电源的负、正极,则铁钉附近有白色沉淀生成,最终沉淀变为红褐色

  d.若起始时按右图安装好装置,但将m、n直接用导线相连,则正极反应为:o2 4e- 2h2o=4oh-

  分析:首先应明确,当“m、n分别连接直流电源正、负极”时,此装置为电解池,而“将m、n用导线直接相连”时,此装置为原电池。m、n分别连接直流电源正、负极时,碳棒为阳极,电极反应为:2cl--2e-=cl2↑,cl2可以使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝;铁钉为阴极,电极反应为:2h++2e-=h2↑,同时生成的oh-使溶液显碱性,酚酞变红。当电解“一段时间后”,将电源反接,则碳棒为阴极,电极反应为:2h++2e-=h2↑;铁钉为阳极,电极反应为:fe-2e-+2oh-=fe(oh)2↓(oh-为将电源反接前电解食盐水产生的),随后白色沉淀fe(oh)2被氧化为红褐色沉淀:4fe(oh)2 o2 2h2o=4 fe(oh)3。“将m、n用导线直接相连”时,铁钉为负极,电极反应为:fe-2e-=fe2 ;碳棒为正极,电极反应为:o2 4e- 2h2o=4oh-。

  答案:a

  例2.用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得溶液中加入0.4 mol cu(oh)2后恰好恢复至电解前的浓度和ph。则电解过程中转移的电子数是( )

  a.1.6 mol b.1.2mol

  c.0.8 mol d.0.4 mol

  分析:根据题目中的条件,刚开始电解时,该电解池中

  阳极反应为:

  4oh--4e-=o2↑ 2h2o……………①

  阴极反应为:

  2cu2 -4e-=2cu……………………②

  总反应为:

  2cu2 2h2o=2cu↓ o2↑ 4h

  由总反应的离子方程式可以看出,从溶液中析出的元素是cu和o,两种原子的物质的量之比为1:1,可以视为溶液中析出了“cuo”。因此,若要在电解了较短的一段时间后,使溶液恢复至电解前的浓度和ph,只需向溶液中加入适量cuo(与溶液中的硫酸反应生成硫酸铜)。但题目中却要加入适量cu(oh)2后才能恰好恢复至电解前的浓度和ph,说明电解的时间较长,所有cu2 均已放电之后还在通电,此时水又被电解,溶液中的部分水以h2和o2形式逸出:4h2o→4h 4oh-

  阴极反应为:

  4h++4e-=2h2↑………………………③

  阳极反应为:

  4oh--4e-=o2↑ 2h2o…………④

  总反应为:2 h2o=2h2↑ o2↑

  此题中可将cu(oh)2视为“cuo·h2o”,说明又电解失去的水与先前失去的“cuo”的物质的量相等,依题意,即溶液失去了0.4mol “cuo”和0.4mol h2o。则根据电极反应式①、②、③、④可以计算出电解过程中转移的电子的总物质的量:

  0.4mol×2 0.4 mol×2=1.6mol

  答案:a

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