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“守恒法”解电解问题更精彩贾同全（肥城市第一高级中学，山东肥城 271600）电解是高中化学重要理论内容，是教师教学、学生学习的重点难点之一，它以氧化还原反应为载体，以外部电源为动力实现了物质和能量的转化。在每年各省市的高考中电解内容是必考点，题目也频频更新。“守恒”是化学的核心，守恒法是解决化学问题常用的一种快速、简便而又准确的一种方法，解题时既可节省时间又可提高准确率。所谓守恒，就是指化学反应的过程中，存在某些守恒关系：如质量守恒（原子或原子团守恒）、电荷守恒、得失电子守恒以及物料守恒等，守恒赋予了化学更多的内涵。应用守恒法去解决电解问题会有事半功倍之效，让人耳目一新。PtPt NaCl溶液一 两种电解类型的理论分析1. 电解NaCl溶液型（放H2生碱型）如图，以Pt电极电解饱和NaCl溶液，未通电前：NaClNa+ + Cl- H2O H+OH-通电反应：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2电极反应：阳极：2Cl-Cl2+2e 阴极：2H+2eH2守恒关系：电子守恒：n(H2)= n(Cl2) =2 n(e) ， 且Cl2+ H22HCl 溶液中减少了H和Cl，通入适量的HCl可恢复原状。元素守恒：反应前后Na、H、Cl、O守恒。物料守恒：由于H2O H+ OH-， H+放电产生H2促进水的电离平衡向右移动，n(H2) =2 n(OH)，且产生的H2与所得溶液中OH-中原子总数关系为：n(H) ： n(O)=2：1，即符合水的定组成关系。由于NaClNa+ + Cl-，所以完全电解后，n(Cl2) =2 n(Na+)。PtPt CuSO4溶液 电荷守恒：2Cl2H2O2OHH2Cl2，反应前后n(Cl)n(OH)，即溶液中减少的n(Cl)等于反应后生成的n(OH)。2. 电解CuSO4溶液型（放O2生酸型）如图，以Pt电极电解CuSO4饱和溶液，未通电前：CuSO4Cu2+ + SO42- H2O H+OH-通电反应：2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2电极反应：阳极：4OH-O2+4e2H2O 阴极： Cu2+2eCu 守恒关系：电子守恒：n(O2)= 2 n(Cu) =4 n(e) ， 且O2+2Cu2 CuO 溶液中减少了Cu和O，加入适量的CuO可恢复原状。元素守恒：反应前后Cu、H、O、S守恒。物料守恒：由于H2O H+ OH-，OH-放点产生O2促进水的电离平衡向右移动，n(O2) =4 n(H+)，且产生的O2与所得溶液中H+数目关系为：n(H) ： n(e)=2：1，即符合水的定组成关系。由于CuSO4Cu2+ + SO42-，所以完全电解后，n(Cu) =2 n(H+)。 电荷守恒：2Cu2+H2O4H+O22Cu，反应前后n(Cu2+)2n(H+)，即溶液中减少的n(Cu2+)是反应后生成的n(H+)的2倍。二经典试题精彩巧解1.电子守恒的运用例题1. （全国高考题）将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比是（ ）A123 B.321 C.631 D.632【解析】由于三个电解槽串联，所以各电解槽转移电子数相等。K+e=K Mg2+2e= Mg Al3+3e= Al，析出钾、镁、铝的物质的量之比是632。 【答案】C例题2. (全国理综)电解100 mL含c(H)0.30 molL1的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是()A0.10 molL1 Ag B0.20 molL1 Zn2C0.20 molL1 Cu2 D0.20 molL1 Pb2【解析】根据金属活动性顺序表可知：排在氢以后的金属为Ag和Cu，而Zn和Pb排在H以前，所以Ag、Cu2的氧化性比H大，应优先于H放电而析出，因为0.01 mol Ag的质量小于0.02 mol Cu的质量，所以C项正确。【答案】C例题3.（09安徽卷12）Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如下，点解总反应：2Cu+H2O=Cu2O+H2O。下列说法正确的是A.石墨电极上产生氢气B.铜电极发生还原反应C.铜电极接直流电源的负极D.当有0.1mol电子转移时，有 0.1molCu2O生成。【解析】由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H反应，电极反应为：2H2e=H2，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu2OH2e=Cu2OH2O，当有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，D选项错误。【答案】A2.物料守恒的体现例题4. (2011全国II卷10)用石墨做电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使用电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的ACuSO4BH2OCCuODCuSO45H2O【解析】用石墨做电极电解CuSO4溶液的电解方程式是2CuSO42H2O2H2SO42CuO2，根据缺什么补什么的原则，溶液中减少Cu和O。【答案】C。（变式）用惰性电极做电极电解CuSO4溶液，电解至CuSO4完全反应，继续电解后加入_（填一种试剂的化学式）可能恢复至原浓度。【解析】由以上分析可知，电解至CuSO4完全反应后，继续电解实质是电解水。溶液中减少的元素是Cu、O和H，要想恢复原浓度可加入CuO和H2O。由于题目要求加入一种物质，所以可以是Cu(OH) 2或Cu2 (OH) 2 CO3，因为Cu(OH) 22H+=Cu2+H2O Cu2 (OH) 2 CO34H+=Cu2+H2OCO2例题5. 用惰性电极电解AgNO3溶液，经一段时间后，余下溶液的体积为2L。pH=2，阴极上的产物和它的质量是_。【解析】用惰性电极电解AgNO3溶液为放氧生酸，对应关系为： 4H+O24Ag n(Ag)n(H+)0.02mol，m(Ag)2.16g。3.两种守恒协同作用例题6. 用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得溶液加入0.2mol CuO，恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移电子的物质的量为 【解析】由于加入CuO恰好恢复到电解前的浓度和pH，说明溶液中减少了0.2mol Cu和0.2mol O，无论是从Cu的电子守恒关系关系，还是O的电子守恒关系关系，都很容易判断n(e)= 0.4mol。（变式）若上述题目改为向所得溶液加入0.2mol Cu(OH)2，恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移电子的物质的量为 【解析】有上述可知，此时可从氧的的角度考虑问题比较简单，由于溶液中减少了0.4mol 的O，一个O转移2个电子，所以n(e)= 0.8mol。例题7. 1 L 1 mol/L的AgNO3溶液在以Ag作阳极，Fe作阴极的电解槽中电解，当阴极增重 2.16 g时，阳极上产生的气体是 在标准状况的体积为 。【解析】由于n(Ag)0.02mol，且n(Ag)：n(O)=2:1（电子守恒），所以n(O2)= 0.005molv(O2)=0. 112L。例题8.将两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解，当电解液的pH由6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)。 (1)电极上应析出银的质量是_， 生产氧气的物质的量为_。(2)欲使该溶液复原应加入_，质量是_。【解析】由于n(H)5104 mol，由电荷守恒知：n(Ag)n(Ag)n(H)5104 mol，所以m(Ag)54 mg。由物料守恒知：n(O2)=4 n(H) 2103 mol.电解后需加入Ag2O才能使电解液复原，据Ag守恒，需加入Ag2O：54 mg58 mg。三反思与感悟高考试题大多科学准确、构思巧妙，不但能启迪学生思维，还能给学