電解池考點探析

◇ 江蘇 徐 磊

(作者單位:江蘇省泰州市民興實驗中學高中部)

在歷年的高考中對電解池的考查既有客觀題,也有主觀題.客觀題的考查中一般是將電解池的概念分散于試題的各選項中,主觀題一般是集中考查,既考查電解池的基礎知識,也考查學生的知識應用能力,包括學生的閱讀能力、問題分析和解決能力.

1 電解池的考點匯總

1.1 基本概念匯總

電解池是在外加電源的作用下,使溶液中的帶電粒子在電極上發(fā)生氧化還原反應的裝置.電解池中與電源正極相連的電極為陽極,與電源負極相連的電極為陰極.在接通電源后,溶液中的離子會發(fā)生定向移動,陽離子向陰極移動并在陰極上發(fā)生還原反應,而陰離子向陽極移動,如果是以惰性材料作陽極,則陰離子在陽極發(fā)生氧化反應.

1.2 基本規(guī)律匯總

1)離子的放電規(guī)律

電解池中的陰、陽離子在外加電場的作用下,會使陰離子向陽極移動,陽離子向陰極移動.在惰性電極條件下,陽極上有多種陰離子時,其發(fā)生還原反應的強弱順序是Ag＋＞Cu2＋＞H＋＞其他離子;陰極上有多種離子可能參與反應時,其發(fā)生氧化反應的強弱順序是S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞其他離子.

2)問題的分析方法

電解池是最強有力的迫使氧化還原反應發(fā)生的裝置,溶液中的離子都可能會參加反應,所以我們在尋找發(fā)生反應的離子時,一定要注意在水溶液中的反應,H＋和OH－都可能會參加反應,所以一定要注意列出所有可能存在的離子.也就是說,在溶液中不僅要考慮溶質的電離,還要考慮溶劑的電離.

3)反應方程式書寫

書寫電解池中的電極反應和電池總反應是電解池考查的重點,也是考查的難點.它不僅考查學生的基礎知識,而且還要考查學生的閱讀能力(也就是我們常說的讀題能力)、問題分析能力和問題解決能力.比如,電極反應式中的 H＋、OH－、H2O 各是在什么條件下出現(xiàn),需要我們分析電解液的酸堿性才能得到正確的結論.

2 電解池考題解析

例(2019年全國卷Ⅱ,節(jié)選)環(huán)戊二烯是重要的有機化工原料,廣泛用于農(nóng)藥、橡膠、塑料等生產(chǎn).比如,環(huán)戊二烯可用于制備二茂鐵(Fe(C5H5)2,結構簡式為后者廣泛應用于航天、化工等領域中.二茂鐵的電化學制備原理如圖1,其中電解液為溶解有溴化鈉(電解質)和環(huán)戊二烯的DMF溶液(DMF為惰性有機溶劑).該電解池陽極為____,總反應為____.電解制備需要在無水條件下進行,原因為______.

圖1

分析本題考查電解池的原理、概念和方程式書寫,同時還考查了活潑金屬鈉的性質特征.解決此類問題時,我們需要對電解池的概念有充分的記憶和再現(xiàn),同時要有很強的閱讀試題的能力.學生通過對圖形表征的內容進行正確分析,就可以得到解決問題的程序和步驟.具體解題過程如下:觀察電解池構造圖(如圖1-甲)和反應流程中的思維導圖(如圖1-乙),我們可以看到原電解液中不存在Fe2＋,但在思維導圖中有Fe2＋,由此可以判斷是鐵失去電子形成的離子進入溶液,這樣根據(jù)鐵發(fā)生的是失電子,即氧化反應而判斷出該電解池中的陽極材料是鐵;由思維導圖我們可以看出電解池工作時的變化過程,首先看到的是電解池的陰極上Na＋得到電子生成了鈉,然后是生成的鈉與環(huán)戊二烯發(fā)生了置換反應生成了氫氣和環(huán)戊二烯鈉.同時在電解池的陽極上因為是非惰性電極,所以電極本身失去電子形成Fe2＋進入溶液,與前者生成的環(huán)戊二烯陰離子結合得到了二茂鐵.由以上過程中的分步反應,根據(jù)電子得失數(shù)目相等相加即可得到總反應:而在反應過程中經(jīng)歷了生成金屬鈉,金屬鈉再與環(huán)戊二烯反應的過程,這就決定了該電解液不能是一個含水體系,因為金屬鈉會與水反應而失去與環(huán)戊二烯反應的機會,也就不可能生成二茂鐵這樣的最終產(chǎn)物.

在學習電解池時一定要先掌握最基本的知識,然后通過變式訓練提高我們的基本知識應用和遷移能力,從而解決我們不熟悉的新問題.