淺談高中化學(xué)電解的計算方法

許錳輝

摘 要：高中化學(xué)電解的計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)計算等重點知識。

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)計算等重點知識，綜合性強、規(guī)律性強，對學(xué)生的能力要求高，而且這部分內(nèi)容也是高中化學(xué)的重點和難點，高考的重要考點之一。

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

一、根據(jù)得失電子守恒原理計算

在電解池串聯(lián)電路中很多計算通?？梢砸罁?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計算陰陽兩極產(chǎn)物、正負極產(chǎn)物的物質(zhì)的量或比值。

例1 有三個分別盛有CuCl2、KCl和AgNO3三種溶液的燒杯，均以石墨作電極，將三個燒杯進行串聯(lián)，通過一段時間的電解，測得電極增重總和2.8克，這時產(chǎn)生的有色氣體與無色氣體的物質(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，同一時刻的各電極中通過的電子物質(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電路中電子物質(zhì)的量來確定各氣體體積的比。[2]

本題中三個燒杯在電解過程中分別產(chǎn)生Cl2、Cl2和H2及O2?，F(xiàn)在如果有1 mol電子在串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移，這時三個燒杯分別就有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，無色氣體n（H2）+n（O2）=0.5 mol+0.25 mol=0.75 mol。所以，這時產(chǎn)生的有色氣體與無色氣體的物質(zhì)的量之比為4∶3 。答案：B。

二、根據(jù)溶液中的電荷守恒計算

無論是哪種電解質(zhì)溶液，溶液都是不顯電性的，即溶液是電中性的。在電解過程中，當(dāng)溶液中所有的陽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（設(shè)電解中陰極沒有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+補充，所以根據(jù)溶液中的電荷守恒計算可得：

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)式計算

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

2.合并兩個電極反應(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）列出比例式進行計算。

例3 用兩支Pt電極通電電解500mL 5mol/L的CuSO4溶液，一段時間后在陽極收集到1.12 L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），電解一段時間后往溶液中加入足量的鐵粉使之充分作用，測得此時溶液中的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溶液的過程中：

陰極：Cu2++2e-=Cu 陽極：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)系式計算

在電解過程中，陰陽兩極通過的電量始終是相同的，即得失電子守恒。根據(jù)這個原理我們可以題干中的已知量與未知量通過得失電子的實際情況搭建起一座橋梁，列出計算所需的關(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)系式法運用很廣泛，如能通過使用關(guān)系式法進行電解計算，就可以快速回答一些常見的電化學(xué)計算。

例4 （節(jié)選）在25 ℃時，用石墨電極電解2.0 L 0.5 mol/L CuSO4溶液。5 min后，在一個石墨電極上有6.4 g Cu生成。試回答下列問題：

（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

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