淺談高中化學(xué)電解的計(jì)算方法

許錳輝

摘 要：高中化學(xué)電解的計(jì)算往往涉及電解的原理、電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)離子的放電順序、溶液的介質(zhì)環(huán)境（酸堿性）、化學(xué)計(jì)算等重點(diǎn)知識(shí)。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué) 電解原理 電荷守恒 關(guān)系式

高中化學(xué)電解的計(jì)算通常要涉及到電解的原理、電解質(zhì)液或熔融電解質(zhì)離子的放電順序、溶液的介質(zhì)環(huán)境（酸堿性）、化學(xué)計(jì)算等重點(diǎn)知識(shí)，綜合性強(qiáng)、規(guī)律性強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的能力要求高，而且這部分內(nèi)容也是高中化學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，高考的重要考點(diǎn)之一。

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

一、根據(jù)得失電子守恒原理計(jì)算

在電解池串聯(lián)電路中很多計(jì)算通常可以依據(jù)電路中所轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目（或物質(zhì)的量）或相同電量的方法，即采用得失電子守恒原理來(lái)計(jì)算陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物、正負(fù)極產(chǎn)物的物質(zhì)的量或比值。

例1 有三個(gè)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(gè)燒杯進(jìn)行串聯(lián)，通過(guò)一段時(shí)間的電解，測(cè)得電極增重總和2.8克，這時(shí)產(chǎn)生的有色氣體與無(wú)色氣體的物質(zhì)的量之比為（ ）

A.5∶1 B.4∶3 C.5∶4 D.1∶3

[解析]：在串聯(lián)電路中，同一時(shí)刻的各電極中通過(guò)的電子物質(zhì)的量相同，從各電極排出的氣體物質(zhì)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(guò)電路中電子物質(zhì)的量來(lái)確定各氣體體積的比。[2]

本題中三個(gè)燒杯在電解過(guò)程中分別產(chǎn)生Cl2、Cl2和H2及O2。現(xiàn)在如果有1 mol電子在串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移，這時(shí)三個(gè)燒杯分別就有0.5molCl2、0.5 molCl2和0.5 molH2、0.25 molO2產(chǎn)生。則有色氣體n（Cl2）=0.5 mol+0.5 mol=1 mol，無(wú)色氣體n（H2）+n（O2）=0.5 mol+0.25 mol=0.75 mol。所以，這時(shí)產(chǎn)生的有色氣體與無(wú)色氣體的物質(zhì)的量之比為4∶3 。答案：B。

二、根據(jù)溶液中的電荷守恒計(jì)算

無(wú)論是哪種電解質(zhì)溶液，溶液都是不顯電性的，即溶液是電中性的。在電解過(guò)程中，當(dāng)溶液中所有的陽(yáng)離子所帶的正電荷數(shù)（或物質(zhì)的量）與所有的陰離子所帶的負(fù)電荷數(shù)（或物質(zhì)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(shí)間，當(dāng)電解質(zhì)溶液的H+的濃度由1×10-6mol/L變?yōu)?×10-3mol/L時(shí)（設(shè)電解中陰極沒(méi)有H2放出，電解質(zhì)溶液的體積變化在電解前后保持不變），電極上析出銀的質(zhì)量為（ ）。

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

[解析]根據(jù)題中所給的條件可知：此時(shí)電解池中陰極只有Ag+放電，而電解前后n（NO3-）保持不變。根據(jù)溶液電中性的原則，n（Ag+）減少的量必然由H+補(bǔ)充，所以根據(jù)溶液中的電荷守恒計(jì)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(jù)總反應(yīng)式計(jì)算

1.根據(jù)陰陽(yáng)離子在兩個(gè)電極的放電順序（陽(yáng)極要先看電極材料）寫出兩個(gè)電極反應(yīng)式。

2.合并兩個(gè)電極反應(yīng)式得出電解的總反應(yīng)式，如果弱電解質(zhì)要寫分子式，不能寫離子形式。

3.觀察總反應(yīng)式，找出相關(guān)的物質(zhì)（或離子）列出比例式進(jìn)行計(jì)算。

例3 用兩支Pt電極通電電解500mL 5mol/L的CuSO4溶液，一段時(shí)間后在陽(yáng)極收集到1.12 L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），電解一段時(shí)間后往溶液中加入足量的鐵粉使之充分作用，測(cè)得此時(shí)溶液中的Fe2+濃度為（忽略反應(yīng)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(guò)程中：

陰極：Cu2++2e-=Cu 陽(yáng)極：4OH--4e-=O2↑+2H2O

總反應(yīng)式：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+4H2SO4

根據(jù)電解總反應(yīng)式可知電解消耗的CuSO4轉(zhuǎn)化為等物質(zhì)的量的H2SO4，F(xiàn)e分別與CuSO4、稀H2SO4反應(yīng)，生成的Fe2+與所消耗的CuSO4和H2SO4的物質(zhì)的量相等，故Fe2+的物質(zhì)的量與原CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度相等，所以選C。[3]

四、根據(jù)關(guān)系式計(jì)算

在電解過(guò)程中，陰陽(yáng)兩極通過(guò)的電量始終是相同的，即得失電子守恒。根據(jù)這個(gè)原理我們可以題干中的已知量與未知量通過(guò)得失電子的實(shí)際情況搭建起一座橋梁，列出計(jì)算所需的關(guān)系式。

如，以4mole-為橋梁可搭建如下關(guān)系式：

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

關(guān)系式法運(yùn)用很廣泛，如能通過(guò)使用關(guān)系式法進(jìn)行電解計(jì)算，就可以快速回答一些常見的電化學(xué)計(jì)算。

例4 （節(jié)選）在25 ℃時(shí)，用石墨電極電解2.0 L 0.5 mol/L CuSO4溶液。5 min后，在一個(gè)石墨電極上有6.4 g Cu生成。試回答下列問(wèn)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(yáng)極：4OH--4e-=O2↑+2H2O

總反應(yīng)式：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+4H2SO4

由以上的反應(yīng)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(xiàn)

[1]《福建省普通高中新課程化學(xué)學(xué)科教學(xué)實(shí)施指導(dǎo)意見》——福建省普通高中新課程教學(xué)實(shí)施化學(xué)教學(xué)指導(dǎo)組.

[2]許海峰.高中化學(xué)中的電解質(zhì).中學(xué)生數(shù)理化，2004，（11）.

[3]李永紅.中學(xué)化學(xué)教育學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.