高考題巧解
——組合工藝的電解除廢

王曉雯

(山東省煙臺(tái)第二中學(xué) 264000)

高考命題中，電解池是考試熱點(diǎn).該題型可塑性強(qiáng)，選擇和填空都可以考察，而且能結(jié)合最新科研技術(shù)成果，最大限度的體現(xiàn)化學(xué)與生活的有效結(jié)合.而面對(duì)新穎的題目情境，很多考生思路無法理清.結(jié)合近幾年高考真題，從解題思路上對(duì)電解池中一類特殊組合典型題型進(jìn)行剖析，有利于幫助學(xué)生進(jìn)行化學(xué)學(xué)科的科學(xué)建模，將復(fù)雜難解的化學(xué)工藝轉(zhuǎn)化成淺顯易懂的反應(yīng)原理.

一、答題思考模型

自2012年起，高考電解池的典型題型中出現(xiàn)了一種將電解用于污水廢液中的廢物處理的題目.而此類題目的答題是有鮮明技巧的，因?yàn)轭}目情境中涉及到的化工的原理總共分兩步，第一步是通過電解方法把污水廢液中的某些離子變成其他離子(具有特殊性能的新離子)或者將活性電極材料變成相應(yīng)離子，使其進(jìn)入溶液中，完成第一步反應(yīng)原料的獲取，第二步是利用第一步得到的原料離子結(jié)合廢液中需要被去除的離子通過氧化還原反應(yīng)加以轉(zhuǎn)化.最 終達(dá)到去除污水廢液中的物質(zhì)的目的.下面來結(jié)合近幾年典型高考題來分析，以供大家參考.

二、典型例題分析

最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去.

A.陽極反應(yīng)為Fe-2e-=Fe2+

B.電解過程中溶液pH不會(huì)變化

C.過程中有Fe(OH)3沉淀生成

A.鐵作陽極，為活性電極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)生成亞鐵離子，陽極反應(yīng)為Fe-2e-=Fe2+.

B.處理過程中消耗H+，溶液的酸性減弱，溶液pH增大，故B錯(cuò)誤；視為選項(xiàng).

C.陰極發(fā)生還原反應(yīng)，溶液中的H+得到電子減少，同時(shí)生成OH-，有Fe(OH)3沉淀生成.

例2 (2012年重慶)人工腎臟可用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素 [CO(NH2)2]，原理如圖1所示.

圖1

(1)電源的負(fù)極為 ________ (填“A”或“B”).

(2)陽極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為 ______ 、 ______ .

(3)電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將 ________ ；若兩極共收集到氣體13.44L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則除去的尿素為 ________ g(忽略氣體的溶解).

解析右側(cè)陰極(連電源負(fù)極)，6H2O+6e-=6OH-+3H2↑(或6H++6e-=3H2↑) ，左側(cè)陽極(連電源正極)，反應(yīng)為6Cl--6e-=3Cl2↑，溶液中的尿素和生成的氯氣反應(yīng)而被去除，反應(yīng)為

達(dá)到了電解產(chǎn)物除尿素的組合工藝效果.陰、陽極產(chǎn)生的OH-、H+的數(shù)目相等，陽極室中產(chǎn)生的H+通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室與OH-恰好反應(yīng)生成水，電解前后陰極室溶液pH不變.計(jì)算轉(zhuǎn)移6 mol e-時(shí)，陰極產(chǎn)生3 mol H2，陽極產(chǎn)生1 mol N2和1 mol CO2，故電解收集到的13.44 L氣體中V(N2)=V(CO2)=13.44L/5=2.688 L，n(N2)=n(CO2)=2.688/22.4 mol=0.12 mol.根據(jù)化學(xué)方程式知生成0.12 mol N2所消耗的CO(NH2)2的物質(zhì)的量為0.12 mol，其質(zhì)量為：0.12 mol×60 g·mol-1=7.2 g.

三、答題建模情況

結(jié)合以上兩道真題的解析思路，不難看出，拋開新穎的題干背景，題目的創(chuàng)設(shè)目的很簡單，就是借助氧化還原反應(yīng)處理無用廢物.可以通過一個(gè)框圖如圖2所示，簡單的建立化學(xué)思維模型.

圖2

從出題角度看組合工藝的電解除廢題目有很多重要的意義，不僅結(jié)合了現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，還兼顧了中學(xué)生化學(xué)知識(shí)的本位思想.希望通過以上的解題建模過程，能讓師生對(duì)于高考題巧解有更新的認(rèn)識(shí).

參考文獻(xiàn)：

[1]肖宏偉.淺析化學(xué)工藝流程題的價(jià)值導(dǎo)向和答題策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017(Z1):60-62.