品兩道電化學高考題的啟示

我們在學習電解池的內(nèi)容時，常用如圖1所示裝置（M、N均為惰性電極）分析電解NaCI溶液后陰極附近的pH變化，在陰極，H+比Na+容易得到電子，經(jīng)過實驗，發(fā)現(xiàn)陰極附近使酚酞試液變紅色，可知陰極附近的pH增大。為何陰極附近的pH增大呢？很多老師習慣按如下方式分析。

分析工：根據(jù)陰極電極反應式，即2Hz0+2e-=H2↑+20H-，可知陰極n（OH-）增大，所以pH增大。

該分析忽略了OH-向陽極遷移的因素，很多同學對該分析有疑惑。

分析Ⅱ：如圖2所示，M、N均為惰性電極，假設(shè)電極M、N間溶液存在虛擬截面a。電解時間為ts，陰極產(chǎn)生l mol OH-，陰極得電子為”（e-）。截面a右側(cè)影響OH的變化有兩個因素：

因素-：ts內(nèi)陰極放電產(chǎn)生OH。

2H2 0+2e--H2十+20H

n （e-） =1 mol l mol

因素二：ts內(nèi)OH由陰極經(jīng)截面a遷移至陽極。Cl、OH由陰極經(jīng)截面a遷移至陽極，H+、Na+由陽極經(jīng)截面n遷移至陰極，根據(jù)串聯(lián)電路可知，遷移經(jīng)過截面a的Cl、OH、H+、Na+四種離子滿足n（Na+）+n（H+）+n （CI-）+n（OH-）遷移=l mol，所以由陰極經(jīng)截面a遷移至陽極的n （OH-）遷移

綜合兩個因素可知，截面a右側(cè)OH的變化為l mol-n（ OH-）遷移>0，則陰極附近的pH增大。

由分析Ⅱ得1 mol - n（OH-）遷移>0，所以陰極放電產(chǎn)生的OH為主導因素，與分析工所得n（OH-）增大的結(jié)果相同。但分析工完全忽略了OH遷移這個次要因素，誤導了同學們的思維。

下面以兩道電化學高考題為例，剖析分析Ⅱ的正確運用，啟發(fā)同學們在分析問題時應培養(yǎng)嚴謹?shù)乃季S態(tài)度。

例1 圖3為直流電源電解稀Na2 S04溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊試液，下列實驗現(xiàn)象中正確的是（ ）。

A.a電極逸出氣體的體積小于b電極的

B.一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體

C.a電極附近呈紅色，b電極附近呈藍色

D.a電極附近呈藍色，b電極附近呈紅色

解析：由圖3知a電極為陰極，電極反應式為4H20+4e--2H2↑+40H.b電極為陽極，電極反應式為2H2O- 4e-==O2↑+4H+。所以A、B項錯誤。假設(shè)電極a、b間的溶液存在虛擬截面a（原圖沒有標出a）。a電極附近OH變化由兩個因素決定，即電極反應產(chǎn)生的OH及經(jīng)截面a遷移至b電極附近的OH兩個因素，若a電極產(chǎn)生4 mol OH，則經(jīng)過截面a遷移的SO;、OH、H+、Na+四種離子滿足n（Na+）+n （H+ ）+2n （SO4-）+n（ OH-）遷移=4 mol，所以n（OH-）遷移<4 mol。則a電極附近的n（OH-）增大，堿性增強，a電極附近呈藍色。同理b電極附近的n（H+）增大，酸性增強，b電極附近呈紅色。所以D項正確。答案為D。

啟示：這道高考題非常類似“電解NaCI溶液，陰極附近使酚酞試液變紅色”，但初次出現(xiàn)在高考試題中，考生作答的情況并不理想，其原因是分析“電解NaCI溶液，陰極附近使酚酞試液變紅色”不嚴謹所致。

例2人工腎臟可用間接電化學方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素，原理如圖4所示，請回答下列問題：

（1）電源的負極為___（填“A"或“B”）。

（2）陽極室中發(fā)生的反應依次為___ ，

（3）電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將 。

解析：（1）由圖知，H2為H+在陰極放電的產(chǎn)物，所以左邊電極為陽極，右邊電極為陰極。則A為直流電源的正極，B為直流電源的負極。

（2）由圖4知，陽極失電子發(fā)生氧化反應生成C12，所以陽極的電極反應式為2CI- -2e-=C12↑。陽極室出氣口為C02 +N2，說明陽極產(chǎn)生的C12與尿素[CO（NH2）2]發(fā)生了氧化還原反應，C12被還原為HCI，根據(jù)得失電子守恒及質(zhì)量守恒定律，得反應方程式CO（NH2）2 +3C12 +H20 -C02 +N2 +6HCI。

（3）陰極室中H+受兩個因素影響。

因素一：H+在陰極放電產(chǎn)生H2。設(shè)ts內(nèi)有2 mol H+放電，陰極得電子為n（e-）。

2 H+ +2e- =H2↑

2 mol n（e-） =2 mol

因素二：H+由陽極室經(jīng)質(zhì)子交換膜遷移至陰極室。根據(jù)串聯(lián)電路知，ts內(nèi)經(jīng)過質(zhì)子交換膜的H+滿足n（H+）=2 mol。所以陰極室放電消耗的H+的物質(zhì)的量與經(jīng)過質(zhì)子交換膜遷移至陰極室的H+的物質(zhì)的量相等，體積又不變。所以陰極室溶液中的c（H+）不變，即pH不變。

答案：（1）B （2）2CI- — 2e-=C12↑CO（ NH2）2+3C12+H20 =C02+N2+6HCI（3）不變

啟示：第（3）問并不難，但很多考生錯答成“增大”，究其原因是僅依據(jù)陰極反應式2H+ +2e-=H2↑得出結(jié)論，沒有考慮H+遷移的因素，主要是分析“電解NaCI溶液后陰極附近使酚酞試液變紅色，pH增大，僅依據(jù)陰極電極反應式分析”不嚴謹所致。

作者單位：廣東省深圳市南山區(qū)華僑城中學