電解原理的理解與運用

袁李李 朱懷義

(江蘇省睢寧縣第一中學 221200)

實驗是化學的學科特征.課堂教學就是要盡可能地利用教材實驗，就可以水到渠成般揭示重點、突破難點，從而提高學生的解題能力.下面以對“電解原理的理解和運用”為例，加以粗淺闡釋.

一、將簡單實驗組合揭示重點——溶液中離子放電順序的歸納

在學習電解池裝置特點后，結合外電路中電流方向(實質電子移動方向)，就能夠從整體的高度，推斷出電極反應的實質——陽極發生失去電子的氧化反應、陰極發生得到電子的還原反應.但電解質溶液中有多種離子，放電順序究竟如何？可通過已經了解的簡單實驗組合來歸納(見表1).

這兩個實驗，均源于課本——電解氯化銅溶液見《化學2》P44、電解硫酸鈉溶液見《化學2》P42.通過現象確定放電產物、就明確了各自環境下離子的放電順序；將二者組合起來，就可以指導我們分析較為復雜情況的電解歷程(見第二部分).

二、借鑒顯性重點、突破隱形難點——電極反應式的調整書寫

在中學階段，一般認為顯性重點是電解NaCl溶液、隱性難點是電解CuSO4溶液.只要把握離子放電的“核心順序”，則可順利突破(見表2).

表1

表2

電解氯化鈉溶液也源于課本——見《化學1》P40.電解總反應的離子方程式，顯然不只是在電量相等原則下將電極反應式的簡單加和.這就是實質和表現形式的統一問題：在NaCl溶液和CuSO4溶液中，放電的H+和OH-都是由極弱電解質水電離提供的，所以在書寫電解總反應式時，要保留H2O分子形式；在電極反應式合并前，要先將電極反應式稍加調整(見上表).教材未出現電解硫酸銅溶液的實驗，但對其電解原理的分析，可以借鑒對氯堿工業生產原理分析.

三、較為復雜情況下電解歷程的分析——解題能力的形成

例1在恒定電壓和電流的情況下，用惰性電極電解含0.02mol NaCl與0.01mol CuSO4的混合溶液.請分析電解歷程分為哪幾個階段？

簡析大多學生并不理解此題真意，以為很簡單，歷程分為電解NaCl溶液、 電解CuSO4溶液兩個階段.此題意在提醒學生，應按放電先后順序、從離子重組角度來回答.電解歷程先是電解溶液中0.01mol CuCl2、后是電解含0.01mol Na2SO4水溶液(實質電解水、Na2SO4起增強溶液導電性作用)兩個階段.

例2在恒定電壓和電流的情況下，用惰性電極電解含0.04mol NaCl與0.01mol CuSO4的混合溶液.當20s時，陰極開始產生氣體，當兩極產生的氣體體積理論上相同時，停止電解.請分析電解過程分為幾段？寫出相應的電極反應式；電解停止時，通電多長時間？

簡析受例1啟發，大多學生可以推斷出電解過程分為三階段；由于電解第二階段有氫氧化鈉產生，所以第三階段電極反應式書寫要調整為堿性表達形式，這點容易被大多數同學所忽視.由于20s時，陰極開始產生氣體，所以據此可以推斷電解時段與通過電子電量之間關系，從而進一步推出電解第二階段也用時20s、但此時(通電40s)兩極產生的氣體體積并不相同；第三階段必然進行，且需再用時40s(見表3).

表3

例3用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時間后，若要恰好恢復到電解前的濃度和pH(不考慮二氧化碳的溶解)，需向所得的溶液中加入0.1mol Cu2(OH)2CO3.則電解過程中共轉移的電子數為( ).

A. 0.4mol B. 0.5mol C. 0.6mol D. 0.8mol

簡析用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液(電解原理見二部分),當Cu2+放電結束后，電解歷程轉化為電解硫酸溶液(實質電解水).將Cu2(OH)2CO3改寫為氧化物表達形式[2CuO·H2O·CO2];可知恰好恢復到電解前狀態，需要補充0.2mol CuO和0.1mol H2O；進而推求電解過程中共轉移電子為0.6mol.

基礎知識和學習思維都是形成解題能力的必備支撐.簡單中蘊含復雜、顯性背后有可供借鑒的思維，分析問題抓本質、從離子角度構建電解歷程等等，都是在學習電解原理時厚重收獲.