题目性质:自编仿真题——按课程标准与联招常见考点范围编写,非真题原文;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、电解池四条起手式
① 阳极接电源正极、发生氧化(失电子);阴极接负极、发生还原(得电子)——与原电池相反,别混;② 先看阳极材料:若为活性金属(Cu、Ag、Zn 等),阳极金属自身溶解,溶液中的阴离子根本不放电;只有惰性电极(Pt、石墨)才轮到阴离子放电;③ 阴极一般不看材料(阳离子按氧化性顺序得电子);④ 放电顺序要背准:
阳极(惰性,失电子由易到难):S²⁻ > I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > OH⁻ > 含氧酸根(SO₄²⁻、NO₃⁻ 等,不放电)> F⁻
阴极(得电子由易到难):Ag⁺ > Cu²⁺ > H⁺(酸性)> Pb²⁺ > Sn²⁺ > Fe²⁺ > Zn²⁺ > H⁺(水)> Al³⁺ > Mg²⁺ > Na⁺ > Ca²⁺ > K⁺
水溶液里,K⁺~Al³⁺ 与 SO₄²⁻、NO₃⁻ 基本不放电,实际是水电离出的 H⁺ 或 OH⁻ 放电。
二、题1 惰性电极电解 CuSO₄ 溶液
题目 用石墨作电极电解 CuSO₄ 溶液。回答:
(1) 写出阴极、阳极的电极反应式及总反应;
(2) 判断电解后溶液 pH 的变化;
(3) 若要使溶液恢复到电解前的组成,应加入什么物质?
审题眼 「石墨」=惰性电极,阳极轮到阴离子放电;溶液中阳离子有 Cu²⁺、H⁺,阴离子有 SO₄²⁻、OH⁻。
规范作答
(1) 阴极:阳离子中 Cu²⁺ 氧化性强于 H⁺,故 Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu(析出红色固体)。
阳极:SO₄²⁻ 为含氧酸根不放电,OH⁻ 放电:4OH⁻ − 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O(等价写法 2H₂O − 4e⁻ = O₂↑ + 4H⁺)。
总反应(配平电子数为 4):2Cu²⁺ + 2H₂O = 2Cu + O₂↑ + 4H⁺;化学方程式:2CuSO₄ + 2H₂O = 2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄(条件:通电)。
(2) 阳极消耗 OH⁻ 等价于生成 H⁺,且 Cu²⁺ 被移出、SO₄²⁻ 留下,溶液生成 H₂SO₄,故 pH 减小(酸性增强)。
(3) 电解过程中从溶液里「拿走」的是 Cu 与 O₂,二者按 2Cu : O₂ 相当于 2CuO(CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O)。故应加入适量 CuO(或 CuCO₃),不能加 Cu(OH)₂ 或 CuSO₄——前者多带入水、后者不能消耗生成的酸。口诀:析出什么就加回它们的化合物。
采分点 阴、阳极反应式各2分(含配平、↑ 符号、介质);总反应(2分);pH 判断与理由(1分);恢复物质 CuO(1分)+排除项说明(1分)。
易错点 ① 阳极写成 SO₄²⁻ 放电;② 阴极写成 H⁺ 放电得 H₂(忽略 Cu²⁺ 优先);③ 总反应漏写 H⁺/H₂SO₄;④ 恢复溶液时误答「加水」或「加 CuSO₄」。
三、题2 电解 NaCl 溶液与氯碱工业
题目 用惰性电极电解饱和 NaCl 溶液(含酚酞)。回答:
(1) 写出两极反应式与总反应;
(2) 描述两极附近的现象;
(3) 说明阴极区溶液变红的原因;
(4) 若改用铜作阳极,阳极反应式如何改变?
(1) 规范作答 溶液中阳离子 Na⁺、H⁺(水电离),阴离子 Cl⁻、OH⁻。
阴极:2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻(H⁺ 得电子,Na⁺ 不放电)
阳极:2Cl⁻ − 2e⁻ = Cl₂↑(Cl⁻ 优先于 OH⁻ 放电)
总反应:2NaCl + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑(条件:通电,即氯碱工业)。
(2) 现象 阴极有无色气泡(H₂),阳极有黄绿色、有刺激性气味的气体(Cl₂);阴极附近溶液变红(酚酞遇碱)。
(3) 原因 阴极 H⁺(来自水)不断得电子被消耗,破坏水的电离平衡,水继续电离使 OH⁻ 在阴极区富集,溶液呈碱性,酚酞变红。工业上需用离子交换膜把阴极区 NaOH 与阳极区 Cl₂ 隔开,否则 Cl₂ 与 NaOH 反应会生成 NaClO,产品不纯且危险。
(4) 铜作阳极 活性电极自身溶解:阳极反应变为 Cu − 2e⁻ = Cu²⁺,不再产生 Cl₂;阴极仍为 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻,随后 Cu²⁺ 可能与 OH⁻ 生成 Cu(OH)₂ 沉淀。这是「先看电极材料」最典型的反例。
采分点 两极反应式(各2分);总反应(1分);两极现象(各1分);阴极变红的电离平衡解释(2分);离子交换膜作用(1分);铜阳极改为 Cu 溶解(2分)。
易错点 ① 阴极写成 Na⁺ 放电得金属钠(水溶液中不可能);② 阳极写成 O₂(忽略 Cl⁻ 优先于 OH⁻);③ 忘记写「通电」条件;④ 活性电极仍按阴离子放电处理。
四、题3 活性电极反例:铜作阳极电解稀硫酸
题目 用铜片作阳极、石墨作阴极电解稀硫酸。写出两极反应式与总反应,并判断溶液 pH 变化。
审题眼 阳极是铜(活性)——阴离子的放电顺序此题完全用不上。
规范作答
阳极(Cu 溶解):Cu − 2e⁻ = Cu²⁺;
阴极(H⁺ 得电子):2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑;
总反应:Cu + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂↑(条件:通电)。
pH 变化 H⁺ 在阴极被消耗生成 H₂,而阳极不产生 H⁺(若阳极为惰性则会因 OH⁻ 放电产生 H⁺),故溶液酸性减弱、pH 增大;同时溶液因生成 Cu²⁺ 逐渐变蓝。注意:该反应在常温常压下不能自发进行(铜不与稀硫酸反应),靠外加电能驱动,这正是电解池的意义。
采分点 阳极为 Cu 溶解(2分,本题唯一大坑);阴极反应式(1分);总反应(2分);pH 增大与理由(1分);指出反应非自发、需通电(1分)。
易错点 ① 阳极仍写成 4OH⁻ − 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O(得 O₂,全题皆错);② 总反应写成电解水;③ pH 判断反了;④ 忘记写「通电」条件。
五、电解池答题清单
- □ 第一步永远看阳极材料:活性金属 → 自身溶解;惰性(Pt/石墨)→ 才排阴离子;
- □ 方向别混:阳极氧化接正极、阴极还原接负极(与原电池相反);
- □ 背准两条放电顺序,尤其 Cl⁻ > OH⁻ > 含氧酸根、Cu²⁺ > H⁺ > Na⁺;
- □ 水溶液中 K⁺~Al³⁺、SO₄²⁻/NO₃⁻ 不放电,实际是 H⁺ 或 OH⁻ 放电,电极式里要写 H₂O;
- □ 电极反应式查:原子守恒、电荷守恒、e⁻ 配平、↑↓ 符号、介质;
- □ 总反应写「通电」条件;恢复溶液组成按「析出什么加回其化合物」(Cu+O₂ → CuO);
- □ pH 变化看 H⁺ 或 OH⁻ 净生成/净消耗,别凭感觉;
- □ 氯碱工业记得离子交换膜的作用。
电解池题看着要背很多顺序,其实起手只有一句:先看电极是不是惰性的。这一步走对,后面全是按表排队。