淺談高中化學電解的計算方法

許錳輝

摘 要：高中化學電解的計算往往涉及電解的原理、電解質溶液或熔融電解質離子的放電順序、溶液的介質環境（酸堿性）、化學計算等重點知識。

關鍵詞：高中化學 電解原理 電荷守恒 關系式

高中化學電解的計算通常要涉及到電解的原理、電解質液或熔融電解質離子的放電順序、溶液的介質環境（酸堿性）、化學計算等重點知識，綜合性強、規律性強，對學生的能力要求高，而且這部分內容也是高中化學的重點和難點，高考的重要考點之一。

進行電解計算前要先將電解質溶液中存在的所有離子按照陰、陽離子進行分類，明確電解池的電極材料，特別是看陽極是惰性電極（Pt、Au、石墨）還是金屬活性電極，然后按照陰、陽離子的放電順序，再根據題目給出的情景，選用合適的計算方法。下面就概括幾種電解的計算方法。[1]

一、根據得失電子守恒原理計算

在電解池串聯電路中很多計算通常可以依據電路中所轉移的電子數目（或物質的量）或相同電量的方法，即采用得失電子守恒原理來計算陰陽兩極產物、正負極產物的物質的量或比值。

例1 有三個分別盛有CuCl2、KCl和AgNO3三種溶液的燒杯，均以石墨作電極，將三個燒杯進行串聯，通過一段時間的電解，測得電極增重總和2.8克，這時產生的有色氣體與無色氣體的物質的量之比為（ ）

A.5∶1 B.4∶3 C.5∶4 D.1∶3

[解析]：在串聯電路中，同一時刻的各電極中通過的電子物質的量相同，從各電極排出的氣體物質的量的比例是恒定的。不管電極增重多少，只要判斷出氣體的成分及得失電子守恒原理就可以通過電路中電子物質的量來確定各氣體體積的比。[2]

本題中三個燒杯在電解過程中分別產生Cl2、Cl2和H2及O2。現在如果有1 mol電子在串聯電路中轉移，這時三個燒杯分別就有0.5molCl2、0.5 molCl2和0.5 molH2、0.25 molO2產生。則有色氣體n（Cl2）=0.5 mol+0.5 mol=1 mol，無色氣體n（H2）+n（O2）=0.5 mol+0.25 mol=0.75 mol。所以，這時產生的有色氣體與無色氣體的物質的量之比為4∶3 。答案：B。

二、根據溶液中的電荷守恒計算

無論是哪種電解質溶液，溶液都是不顯電性的，即溶液是電中性的。在電解過程中，當溶液中所有的陽離子所帶的正電荷數（或物質的量）與所有的陰離子所帶的負電荷數（或物質的量）始終保持相等。

例2 將兩支Pt電極插入500mLAgNO3溶液中，通電電解一段時間，當電解質溶液的H+的濃度由1×10-6mol/L變為1×10-3mol/L時（設電解中陰極沒有H2放出，電解質溶液的體積變化在電解前后保持不變），電極上析出銀的質量為（ ）。

A.37mg B.54mg C.27mg D.216mg

[解析]根據題中所給的條件可知：此時電解池中陰極只有Ag+放電，而電解前后n（NO3-）保持不變。根據溶液電中性的原則，n（Ag+）減少的量必然由H+補充，所以根據溶液中的電荷守恒計算可得：

n（Ag+）=n（H+）=（1×10-3-1×10-6）mol/L× 0.5L≈5×10-4mol ，m（Ag+）=5×10-4mol×108g/mol=54mg。故正確答案為B。

三、根據總反應式計算

1.根據陰陽離子在兩個電極的放電順序（陽極要先看電極材料）寫出兩個電極反應式。

2.合并兩個電極反應式得出電解的總反應式，如果弱電解質要寫分子式，不能寫離子形式。

3.觀察總反應式，找出相關的物質（或離子）列出比例式進行計算。

例3 用兩支Pt電極通電電解500mL 5mol/L的CuSO4溶液，一段時間后在陽極收集到1.12 L氣體（標準狀況），電解一段時間后往溶液中加入足量的鐵粉使之充分作用，測得此時溶液中的Fe2+濃度為（忽略反應前后溶液的體積變化）（ ）

A.2.4 mol/L B.2.0 mol/L C. 5.0 mol/L D. 4.0 mol/L

[解析]電解CuSO4溶液的過程中：

陰極：Cu2++2e-=Cu 陽極：4OH--4e-=O2↑+2H2O

總反應式：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+4H2SO4

根據電解總反應式可知電解消耗的CuSO4轉化為等物質的量的H2SO4，Fe分別與CuSO4、稀H2SO4反應，生成的Fe2+與所消耗的CuSO4和H2SO4的物質的量相等，故Fe2+的物質的量與原CuSO4溶液的物質的量濃度相等，所以選C。[3]

四、根據關系式計算

在電解過程中，陰陽兩極通過的電量始終是相同的，即得失電子守恒。根據這個原理我們可以題干中的已知量與未知量通過得失電子的實際情況搭建起一座橋梁，列出計算所需的關系式。

如，以4mole-為橋梁可搭建如下關系式：

4e-～ 4Ag ～ 2Cu ～2Cl2 ～ 2H2 ～ O2 ～ 4H+～ 4OH-

關系式法運用很廣泛，如能通過使用關系式法進行電解計算，就可以快速回答一些常見的電化學計算。

例4 （節選）在25 ℃時，用石墨電極電解2.0 L 0.5 mol/L CuSO4溶液。5 min后，在一個石墨電極上有6.4 g Cu生成。試回答下列問題：

（2）若電解后溶液的體積不變，則電解后溶液的c（H+）為________。

[解析]陰極：Cu2++2e-=Cu 陽極：4OH--4e-=O2↑+2H2O

總反應式：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+4H2SO4

由以上的反應式可知有：2Cu ～ 4e- ～ O2 ～ 2H2SO4 ～ 4H+

因此，n（H+）=2n（Cu）=0.2 mol c（H+）=0.1mol/L

參考文獻

[1]《福建省普通高中新課程化學學科教學實施指導意見》——福建省普通高中新課程教學實施化學教學指導組.

[2]許海峰.高中化學中的電解質.中學生數理化，2004，（11）.

[3]李永紅.中學化學教育學[M].武漢：武漢大學出版社，2003.