“圖象法”結合“電解復原”解決電化學的計算問題

2020-02-29 03:41:04杜博

高中數理化 2020年3期

杜博

電化學的計算是學生高三復習的一大難題,一般情況下,教師習慣將常見的知識分門別類地幫學生整理好,將電解方程式分別歸納整理,有些教師意識到可以用數形結合來解決具體問題.筆者在這里介紹一種使用數形結合的思路,對于高三年級復習電解有一定的幫助．

1 模型建構

提出問題:用惰性電極電解一定體積1mol·L-1的CuSO4溶液,畫出兩電極生成氣體的物質的量和通電時間之間的關系．

陽極：隨著電解過程的進行,一直是水中OH-放電,電極反應方程式為4OH--4e-=O2↑+2H2O;促進水的電離平衡H2OH++OH-,在陽極生成H+．

圖1

陰極：隨著放電過程的進行,Cu2+濃度逐漸下降到零(這里只討論理論情形,實際情況要復雜得多),隨后溶液中H+開始放電,發生反應2H++e-=H2↑．由于轉移相同電子時,生成氫氣的量要多于生成氧氣的量,可作出如圖1所示的圖象.

在t1時刻,生成的氫氣和氧氣相等,此時生成的單質n(Cu)∶n(H2)∶n(O2)=1∶1∶1,按照物料守恒,即可用Cu(OH)2或者n(CuO)∶n(H2O)=1∶1的混合物復原,此時轉移電子的物質的量n(e-)=4n(O2)=2[n(Cu)+n(H2)].各個時刻情況討論如表1所示.

表1

續表

可以畫出下列直觀分析圖象:

圖2

在A點處有如下結論:

1)此時電極產物中,

n(Cu)∶n(H2)∶n(O2)=1∶1∶1;

2)復原物質可以只是Cu(OH)2或者按照n(CuO)∶n(H2O)=1∶1進行投料復原．

進行電解復原問題分析時,先分析兩極生成氣體的情況,將需要還原溶液的物質寫成n(CuO)∶n(H2O)的形式，確定所給定的情況是位于哪個時間段．由于陽極產物單一,可以先確定陽極產物(氧氣)的物質的量,據此計算整個過程中轉移電子的物質的量．再依據電子守恒n(e-)=2n(Cu)+2n(H2)=4n(O2),計算含銅物質的量和氫氣的物質的量.

注意：也可以用碳酸銅代替氧化銅,碳酸根離子反應后會釋放二氧化碳,實際上只有一個氧原子能進入溶液中．