電解池考點(diǎn)探析

◇ 江蘇 徐 磊

(作者單位:江蘇省泰州市民興實(shí)驗(yàn)中學(xué)高中部)

在歷年的高考中對(duì)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(xiàng)中,主觀題一般是集中考查,既考查電解池的基礎(chǔ)知識(shí),也考查學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力,包括學(xué)生的閱讀能力、問(wèn)題分析和解決能力.

1 電解池的考點(diǎn)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(yīng)的裝置.電解池中與電源正極相連的電極為陽(yáng)極,與電源負(fù)極相連的電極為陰極.在接通電源后,溶液中的離子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng),陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)并在陰極上發(fā)生還原反應(yīng),而陰離子向陽(yáng)極移動(dòng),如果是以惰性材料作陽(yáng)極,則陰離子在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng).

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(yáng)離子在外加電場(chǎng)的作用下,會(huì)使陰離子向陽(yáng)極移動(dòng),陽(yáng)離子向陰極移動(dòng).在惰性電極條件下,陽(yáng)極上有多種陰離子時(shí),其發(fā)生還原反應(yīng)的強(qiáng)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(yīng)時(shí),其發(fā)生氧化反應(yīng)的強(qiáng)弱順序是S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞其他離子.

2)問(wèn)題的分析方法

電解池是最強(qiáng)有力的迫使氧化還原反應(yīng)發(fā)生的裝置,溶液中的離子都可能會(huì)參加反應(yīng),所以我們?cè)趯ふ野l(fā)生反應(yīng)的離子時(shí),一定要注意在水溶液中的反應(yīng),H＋和OH－都可能會(huì)參加反應(yīng),所以一定要注意列出所有可能存在的離子.也就是說(shuō),在溶液中不僅要考慮溶質(zhì)的電離,還要考慮溶劑的電離.

3)反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)

書(shū)寫(xiě)電解池中的電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)是電解池考查的重點(diǎn),也是考查的難點(diǎn).它不僅考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí),而且還要考查學(xué)生的閱讀能力(也就是我們常說(shuō)的讀題能力)、問(wèn)題分析能力和問(wèn)題解決能力.比如,電極反應(yīng)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(jié)論.

2 電解池考題解析

例(2019年全國(guó)卷Ⅱ,節(jié)選)環(huán)戊二烯是重要的有機(jī)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為后者廣泛應(yīng)用于航天、化工等領(lǐng)域中.二茂鐵的電化學(xué)制備原理如圖1,其中電解液為溶解有溴化鈉(電解質(zhì))和環(huán)戊二烯的DMF溶液(DMF為惰性有機(jī)溶劑).該電解池陽(yáng)極為_(kāi)___,總反應(yīng)為_(kāi)___.電解制備需要在無(wú)水條件下進(jìn)行,原因?yàn)開(kāi)_____.

圖1

分析本題考查電解池的原理、概念和方程式書(shū)寫(xiě),同時(shí)還考查了活潑金屬鈉的性質(zhì)特征.解決此類問(wèn)題時(shí),我們需要對(duì)電解池的概念有充分的記憶和再現(xiàn),同時(shí)要有很強(qiáng)的閱讀試題的能力.學(xué)生通過(guò)對(duì)圖形表征的內(nèi)容進(jìn)行正確分析,就可以得到解決問(wèn)題的程序和步驟.具體解題過(guò)程如下:觀察電解池構(gòu)造圖(如圖1-甲)和反應(yīng)流程中的思維導(dǎo)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(dǎo)圖中有Fe2＋,由此可以判斷是鐵失去電子形成的離子進(jìn)入溶液,這樣根據(jù)鐵發(fā)生的是失電子,即氧化反應(yīng)而判斷出該電解池中的陽(yáng)極材料是鐵;由思維導(dǎo)圖我們可以看出電解池工作時(shí)的變化過(guò)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(yīng)生成了氫氣和環(huán)戊二烯鈉.同時(shí)在電解池的陽(yáng)極上因?yàn)槭欠嵌栊噪姌O,所以電極本身失去電子形成Fe2＋進(jìn)入溶液,與前者生成的環(huán)戊二烯陰離子結(jié)合得到了二茂鐵.由以上過(guò)程中的分步反應(yīng),根據(jù)電子得失數(shù)目相等相加即可得到總反應(yīng):而在反應(yīng)過(guò)程中經(jīng)歷了生成金屬鈉,金屬鈉再與環(huán)戊二烯反應(yīng)的過(guò)程,這就決定了該電解液不能是一個(gè)含水體系,因?yàn)榻饘兮c會(huì)與水反應(yīng)而失去與環(huán)戊二烯反應(yīng)的機(jī)會(huì),也就不可能生成二茂鐵這樣的最終產(chǎn)物.

在學(xué)習(xí)電解池時(shí)一定要先掌握最基本的知識(shí),然后通過(guò)變式訓(xùn)練提高我們的基本知識(shí)應(yīng)用和遷移能力,從而解決我們不熟悉的新問(wèn)題.