例谈惰性电极的电解原理及其判断

例谈惰性电极的电解原理及其判断

山东省邹平县长山中学 256206 吴桂志

一、电解原理规律：

用石墨、Pt 、Au 等惰性材料为电极，电解电解质的水溶液时，溶液中有关离子的放电顺序规律为：

阴离子的放电顺序：S 2->I ->Br ->Cl ->OH ->含氧酸根，

阳离子的放电顺序：Ag +>Hg 2+>Cu 2+>H +>活泼金属离子。

1、当电解含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(例如：H 2SO 4、NaOH 、K 2SO 4等)时,实际为电解水，即只有水参与电解反应，而电解质不参与电解反应。

阳极反应式：4OH - - 4e - == O 2↑+ 2H 2O

阴极反应式：4H + + 4e - == 2H 2↑

总反应方程式：2H 2O 2↑+O 2↑

2、当电解无氧酸(除HF 外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)(例如：HCl 、CuCl 2等)时，实际只有电解质参与电解，水不参与电解反应。

阳极反应式：2Cl - - 2e - == Cl 2↑

阴极反应式：2H + + 2e - == H 2↑或Cu 2+ +2e -== Cu

总反应方程式：HCl H 2 ↑+ Cl 2↑或CuCl 2 Cu + Cl 2↑

3、当电解活泼金属的无氧酸盐和不活泼金属的含氧酸盐(例如：NaCl 、CuSO 4等)时，水和电解质均参与电解反应。

阳极反应式：2Cl - - 2e - ==Cl 2↑或4OH - - 4e -==O 2↑+ 2H 2O 阴极反应式：4H + + 4e -==2H 2↑或Cu 2+ +2e -== Cu

总反应方程式：2NaCl + 2H 2O 2NaOH + H 2↑+ Cl 2↑或 2CuSO 4 + 2H 2O 2Cu + O 2↑+ 2H 2SO 4

二、基本应用 1、判断电解的本质及电解产物

电解 电解 电解 电解 电解

例1、用惰性电极电解下列各物质的水溶液一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量水，能使溶液完全恢复到电解前浓度的是（）

A.AgNO3

B. Na2SO4

C.CuCl2

D.H2SO4

解析：从物质的组成来看，电解Na2SO4溶液和H2SO4溶液时，实际为电解水，电解产物分别是氢气和氧气，且物质的量比为2∶1，即当电解一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量水时能使溶液完全恢复到电解前的浓度；而电解AgNO3溶液和CuCl2溶液时，电解产物分别是银、氧气和铜、氯气，当向剩余电解质溶液中加入适量水，不能使溶液完全恢复到电解前浓度，而应分别加入碳酸银和氯化铜。故答案选择BD。

例2、用铂电极电解CuSO4溶液，当铜离子浓度降至一半时，停止通电，若使CuSO4溶液恢复原浓度、原体积，应加入的适量适当物质是（）

A. CuSO4

B. CuSO4•5H2O

C. CuO

D. Cu(OH)2

解析：用铂电极电解CuSO4溶液，且铜离子浓度降至一半就停止通电时，阳极电解产物是氧气，而阴极电解产物只有金属铜，且物质的量比为1∶2，所以若使CuSO4溶液恢复原浓度、原体积，可以加入的适量的CuO或CuCO3。故答案选择C。

解答上述类型题目时，要使电解质溶液恢复到原来的状态，选择加入的物质要根据电解产物及其物质的量比进行组合，例如电解产物是铜和氧气，且物质的量比为2∶1，可以组合成物质CuO或CuCO3(在酸溶液中CO 2逸出)。

例3、在水中加入等物质的量的Ag+、Pb2+、Na+、SO42 -、NO3-、Cl-，该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为（）

A.35.5∶108

B.16∶207

C.8∶1

D.108∶35.5

解析：此题具有一定的迷惑性，若按照题目中阴、阳离子的放电顺

序考虑则会误入陷阱，因为溶液中Ag+、Pb2+、Na+、SO42-、NO3-、Cl-的物质的量相等时，其中Ag+与Cl-生成AgCl沉淀，Pb2+与SO42–生成PbSO4沉淀，这时溶液中仅剩余Na+、NO3-，若用惰性电极进行电解，实际为电解水，所以阳极生成的氧化产物和阴极生成的还原产物分别是O2和H2，且物质的量比为1∶2，即质量之比为8∶1。故答案选择C。

2、判断电解后溶液的PH

例4、用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的PH下降的是（）

①CuSO4②BaCl2③AgNO3④H2SO4

A. ①②

B. ①③

C. ①④

D.②④

解析：若使阴极质量增加和电解液的PH下降，必须使金属阳离子在阴极得电子生成金属单质并析出，而阳极反应为4OH-- 4e-==O2↑+ 2H2O，溶液中OH-浓度减小。符合此条件的是电解质为CuSO4和AgNO3。故答案选择B。

例5、某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电解产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是（）

A.阴极自始至终只析出H2

B.阳极先析出Cl2，后析出O2

C.电解最后阶段为电解水

D.溶液PH不断增大，电解后为7

解析：虽然溶液中有两种溶质NaCl和H2SO4，但溶液中能参与电解的离子为仅有Cl-、OH-和H+。根据阴阳离子的放电顺序和Cl-和H+的物质的量比3∶2，可以将其电解过程分为三个阶段，即第一阶段电解HCl 溶液，电解产物为氢气和氯气；第二阶段电解NaCl溶液，电解产物为氢气、氢氧化钠和氯气；第三阶段电解H2O，电解产物为氢气和氧气。所

以阴极自始至终只析出H2；阳极先析出Cl2，后析出O2；溶液PH不断增大，且电解后大于7。故答案选择D。