“圖象法”結(jié)合“電解復(fù)原”解決電化學(xué)的計(jì)算問題

2020-02-29 03:41:04杜博

高中數(shù)理化 2020年3期

杜博

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

1 模型建構(gòu)

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(zhì)的量和通電時(shí)間之間的關(guān)系．

陽極：隨著電解過程的進(jìn)行,一直是水中OH-放電,電極反應(yīng)方程式為4OH--4e-=O2↑+2H2O;促進(jìn)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(jìn)行,Cu2+濃度逐漸下降到零(這里只討論理論情形,實(shí)際情況要復(fù)雜得多),隨后溶液中H+開始放電,發(fā)生反應(yīng)2H++e-=H2↑．由于轉(zhuǎn)移相同電子時(shí),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(shí)刻,生成的氫氣和氧氣相等,此時(shí)生成的單質(zhì)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(fù)原,此時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e-)=4n(O2)=2[n(Cu)+n(H2)].各個(gè)時(shí)刻情況討論如表1所示.

表1

續(xù)表

可以畫出下列直觀分析圖象:

圖2

在A點(diǎn)處有如下結(jié)論:

1)此時(shí)電極產(chǎn)物中,

n(Cu)∶n(H2)∶n(O2)=1∶1∶1;

2)復(fù)原物質(zhì)可以只是Cu(OH)2或者按照n(CuO)∶n(H2O)=1∶1進(jìn)行投料復(fù)原．

進(jìn)行電解復(fù)原問題分析時(shí),先分析兩極生成氣體的情況,將需要還原溶液的物質(zhì)寫成n(CuO)∶n(H2O)的形式，確定所給定的情況是位于哪個(gè)時(shí)間段．由于陽極產(chǎn)物單一,可以先確定陽極產(chǎn)物(氧氣)的物質(zhì)的量,據(jù)此計(jì)算整個(gè)過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量．再依據(jù)電子守恒n(e-)=2n(Cu)+2n(H2)=4n(O2),計(jì)算含銅物質(zhì)的量和氫氣的物質(zhì)的量.

注意：也可以用碳酸銅代替氧化銅,碳酸根離子反應(yīng)后會(huì)釋放二氧化碳,實(shí)際上只有一個(gè)氧原子能進(jìn)入溶液中．