電解原理的理解與運(yùn)用

袁李李 朱懷義

(江蘇省睢寧縣第一中學(xué) 221200)

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的學(xué)科特征.課堂教學(xué)就是要盡可能地利用教材實(shí)驗(yàn)，就可以水到渠成般揭示重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，從而提高學(xué)生的解題能力.下面以對(duì)“電解原理的理解和運(yùn)用”為例，加以粗淺闡釋.

一、將簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)組合揭示重點(diǎn)——溶液中離子放電順序的歸納

在學(xué)習(xí)電解池裝置特點(diǎn)后，結(jié)合外電路中電流方向(實(shí)質(zhì)電子移動(dòng)方向)，就能夠從整體的高度，推斷出電極反應(yīng)的實(shí)質(zhì)——陽(yáng)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng).但電解質(zhì)溶液中有多種離子，放電順序究竟如何？可通過(guò)已經(jīng)了解的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)組合來(lái)歸納(見表1).

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，均源于課本——電解氯化銅溶液見《化學(xué)2》P44、電解硫酸鈉溶液見《化學(xué)2》P42.通過(guò)現(xiàn)象確定放電產(chǎn)物、就明確了各自環(huán)境下離子的放電順序；將二者組合起來(lái)，就可以指導(dǎo)我們分析較為復(fù)雜情況的電解歷程(見第二部分).

二、借鑒顯性重點(diǎn)、突破隱形難點(diǎn)——電極反應(yīng)式的調(diào)整書寫

在中學(xué)階段，一般認(rèn)為顯性重點(diǎn)是電解NaCl溶液、隱性難點(diǎn)是電解CuSO4溶液.只要把握離子放電的“核心順序”，則可順利突破(見表2).

表1

表2

電解氯化鈉溶液也源于課本——見《化學(xué)1》P40.電解總反應(yīng)的離子方程式，顯然不只是在電量相等原則下將電極反應(yīng)式的簡(jiǎn)單加和.這就是實(shí)質(zhì)和表現(xiàn)形式的統(tǒng)一問(wèn)題：在NaCl溶液和CuSO4溶液中，放電的H+和OH-都是由極弱電解質(zhì)水電離提供的，所以在書寫電解總反應(yīng)式時(shí)，要保留H2O分子形式；在電極反應(yīng)式合并前，要先將電極反應(yīng)式稍加調(diào)整(見上表).教材未出現(xiàn)電解硫酸銅溶液的實(shí)驗(yàn)，但對(duì)其電解原理的分析，可以借鑒對(duì)氯堿工業(yè)生產(chǎn)原理分析.

三、較為復(fù)雜情況下電解歷程的分析——解題能力的形成

例1在恒定電壓和電流的情況下，用惰性電極電解含0.02mol NaCl與0.01mol CuSO4的混合溶液.請(qǐng)分析電解歷程分為哪幾個(gè)階段？

簡(jiǎn)析大多學(xué)生并不理解此題真意，以為很簡(jiǎn)單，歷程分為電解NaCl溶液、 電解CuSO4溶液兩個(gè)階段.此題意在提醒學(xué)生，應(yīng)按放電先后順序、從離子重組角度來(lái)回答.電解歷程先是電解溶液中0.01mol CuCl2、后是電解含0.01mol Na2SO4水溶液(實(shí)質(zhì)電解水、Na2SO4起增強(qiáng)溶液導(dǎo)電性作用)兩個(gè)階段.

例2在恒定電壓和電流的情況下，用惰性電極電解含0.04mol NaCl與0.01mol CuSO4的混合溶液.當(dāng)20s時(shí)，陰極開始產(chǎn)生氣體，當(dāng)兩極產(chǎn)生的氣體體積理論上相同時(shí)，停止電解.請(qǐng)分析電解過(guò)程分為幾段？寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式；電解停止時(shí)，通電多長(zhǎng)時(shí)間？

簡(jiǎn)析受例1啟發(fā)，大多學(xué)生可以推斷出電解過(guò)程分為三階段；由于電解第二階段有氫氧化鈉產(chǎn)生，所以第三階段電極反應(yīng)式書寫要調(diào)整為堿性表達(dá)形式，這點(diǎn)容易被大多數(shù)同學(xué)所忽視.由于20s時(shí)，陰極開始產(chǎn)生氣體，所以據(jù)此可以推斷電解時(shí)段與通過(guò)電子電量之間關(guān)系，從而進(jìn)一步推出電解第二階段也用時(shí)20s、但此時(shí)(通電40s)兩極產(chǎn)生的氣體體積并不相同；第三階段必然進(jìn)行，且需再用時(shí)40s(見表3).

表3

例3用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時(shí)間后，若要恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH(不考慮二氧化碳的溶解)，需向所得的溶液中加入0.1mol Cu2(OH)2CO3.則電解過(guò)程中共轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為( ).

A. 0.4mol B. 0.5mol C. 0.6mol D. 0.8mol

簡(jiǎn)析用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液(電解原理見二部分),當(dāng)Cu2+放電結(jié)束后，電解歷程轉(zhuǎn)化為電解硫酸溶液(實(shí)質(zhì)電解水).將Cu2(OH)2CO3改寫為氧化物表達(dá)形式[2CuO·H2O·CO2];可知恰好恢復(fù)到電解前狀態(tài)，需要補(bǔ)充0.2mol CuO和0.1mol H2O；進(jìn)而推求電解過(guò)程中共轉(zhuǎn)移電子為0.6mol.

基礎(chǔ)知識(shí)和學(xué)習(xí)思維都是形成解題能力的必備支撐.簡(jiǎn)單中蘊(yùn)含復(fù)雜、顯性背后有可供借鑒的思維，分析問(wèn)題抓本質(zhì)、從離子角度構(gòu)建電解歷程等等，都是在學(xué)習(xí)電解原理時(shí)厚重收獲.