人教高二化学选修4化学反应原理-电解原理与化学实验

电解原理与化学实验

电解原理与化学实验联系紧密，且应用形式多样。下面将其在化学实验中的常见题型归类分析如下，供参考。

一、探究电解原理

例1右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电

极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是( ) A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的

B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体

C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色

D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

分析SO42－、OH－移向b极，在b极OH－放电，产生O2，b极附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红。Na＋、H＋移向a极，在a极H＋放电产生H2，a极附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，C错误。产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B均错。答案为D。

点评电解过程中，两极可能发生变化，或两极附近电解质溶液发生变化，这些都导致明显的实验现象，因此，根据实验现象推断两极或直接分析两极可能产生的实验现象是探究电解原理的重要形式。准确解题的前提是熟知电解原理。

二、制备物质

例2铝的阳极氧化，是一种常用的金属表面处理技术，它能使铝的表面生成一层致密的氧化膜，该氧化膜不溶于稀硫酸。某化学研究小组在实验室中按下列步骤模拟该生产过程。请回答：

⑴配制实验用的溶液。要配制200 mL密度为1.2 g·cm－3的溶质质量分数为16%的NaOH溶液，需要称取________g NaOH固体。

⑵把铝片浸入热的16% NaOH溶液中约半分钟左右洗去油污，除去表面的氧化膜，取出用水冲洗。写出除去氧化膜的离子方程式：_______________。

⑶按右图组装好仪器，接通开关K，通电约25 min。在阳极生成氧化铝，阴极产生气体。写出该过程中的电极反应式：阳极____________________ ；阴极____________________。

⑷断开电路，取出铝片，用1%稀氨水中和表面的酸液，再用水冲洗干净。写出该过程发生反应的离子方程式：_____________。

分析⑴m[NaOH(aq)]=ρV=200 mL×1.2 g·cm－3=240 g

m(NaOH)=m[NaOH(aq)]×w=240 g×16%＝38.4 g。

⑵铝片表面的氧化膜为Al2O3，是一种两性氧化物，可与强碱反应生成偏铝酸盐和水。离子方程式为Al2O3+2OH－==2AlO2－+H2O。

⑶阳极是Al失去电子，与H2O共同作用转化成Al2O3，电极反应式为2Al+3H2O-6e－==Al2O3+6H＋；阴极是电解质溶液中的H＋得到电子而转化成H2，电极反应式为6H＋+6e－==3H2↑。

⑷NH3·H2O属于弱碱，写离子方程式时要写成化学式的形式。NH3·H2O+H＋==NH4++H2O。

答案见解析。

点评以电解原理为依据制备物质是化工生产或实验室制备的重要途径之一，这类问题常常涉及实验原理分析、实验基本操作描述、试剂的选择、实验现象的判断等。答题时，可将制备环节进行分解，然后针对各环节分别分析作答，再整合。

三、融合萃取实验

例3在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液

体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅拌

棒，可以上下搅动液体，装置如图。接通电源，阳极周围的液体呈现棕

色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅

拌棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层

液体几乎无色。根据上述实验回答：

⑴阳极上的电极反应式为_____________________。

⑵阴极上的电极反应式为_____________________。

⑶原上层液体是_____________________________。

⑷原下层液体是______________________________。

⑸搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是。

⑹要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是_____________ ，现象是_____________ 。

分析⑴阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，萃取后呈紫红色，判断为有I2生成，所以是溶液中I－失去电子生成I2的反应，电极反应式为2I－-2e－==I2。

⑵阴极上的电极反应是溶液中的H+得到电子生成氢气，电极反应式为2H++2e－==H2↑。

⑶原上层溶液中含有I－，可以是KI(或NaI等)水溶液。

⑷下层是比水溶液重的不溶于水的试剂，分析过程可知是发生了萃取作用，可以是CCl4(或CHCl3等)。

⑸搅拌后两层液体颜色发生变化，静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色，可知I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度，发生了萃取，所以绝大部分I2都转移到CCl4中。

⑹上层是KI(或NaI)溶液，依据金属离子的焰色反应设计实验检验。若是KI溶液，则透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色，证明是钾元素(若③中答NaI水溶液，火焰呈黄色)。

点评解答电化学与其他实验知识融合的综合性实验问题时，一要弄清电解原理和实验要求，二要注意答题的基本思路方法是“分解→分析→整合”，以提高解题能力。

除以上类型问题外，还有应用于废水处理、与酸碱盐的电解有关的实验设计、测定金属元素的相对原子质量实验问题等。总之，解答这类问题时，既要注重知识的运用，又要注重方法的选择，不能生搬硬套。