浅谈高中化学电解的计算方法

许锰辉

摘 要：高中化学电解的计算往往涉及电解的原理、电解质溶液或熔融电解质离子的放电顺序、溶液的介质环境（酸碱性）、化学计算等重点知识。

关键词：高中化学 电解原理 电荷守恒 关系式

高中化学电解的计算通常要涉及到电解的原理、电解质液或熔融电解质离子的放电顺序、溶液的介质环境（酸碱性）、化学计算等重点知识，综合性强、规律性强，对学生的能力要求高，而且这部分内容也是高中化学的重点和难点，高考的重要考点之一。

进行电解计算前要先将电解质溶液中存在的所有离子按照阴、阳离子进行分类，明确电解池的电极材料，特别是看阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨）还是金属活性电极，然后按照阴、阳离子的放电顺序，再根据题目给出的情景，选用合适的计算方法。下面就概括几种电解的计算方法。[1]

一、根据得失电子守恒原理计算

在电解池串联电路中很多计算通常可以依据电路中所转移的电子数目（或物质的量）或相同电量的方法，即采用得失电子守恒原理来计算阴阳两极产物、正负极产物的物质的量或比值。

例1 有三个分别盛有CuCl2、KCl和AgNO3三种溶液的烧杯，均以石墨作电极，将三个烧杯进行串联，通过一段时间的电解，测得电极增重总和2.8克，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为（ ）

A.5∶1 B.4∶3 C.5∶4 D.1∶3

[解析]：在串联电路中，同一时刻的各电极中通过的电子物质的量相同，从各电极排出的气体物质的量的比例是恒定的。不管电极增重多少，只要判断出气体的成分及得失电子守恒原理就可以通过电路中电子物质的量来确定各气体体积的比。[2]

本题中三个烧杯在电解过程中分别产生Cl2、Cl2和H2及O2。现在如果有1 mol电子在串联电路中转移，這时三个烧杯分别就有0.5molCl2、0.5 molCl2和0.5 molH2、0.25 molO2产生。则有色气体n（Cl2）=0.5 mol+0.5 mol=1 mol，无色气体n（H2）+n（O2）=0.5 mol+0.25 mol=0.75 mol。所以，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为4∶3 。答案：B。

二、根据溶液中的电荷守恒计算

无论是哪种电解质溶液，溶液都是不显电性的，即溶液是电中性的。在电解过程中，当溶液中所有的阳离子所带的正电荷数（或物质的量）与所有的阴离子所带的负电荷数（或物质的量）始终保持相等。

例2 将两支Pt电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解一段时间，当电解质溶液的H+的浓度由1×10-6mol/L变为1×10-3mol/L时（设电解中阴极没有H2放出，电解质溶液的体积变化在电解前后保持不变），电极上析出银的质量为（ ）。

A.37mg B.54mg C.27mg D.216mg

[解析]根据题中所给的条件可知：此时电解池中阴极只有Ag+放电，而电解前后n（NO3-）保持不变。根据溶液电中性的原则，n（Ag+）减少的量必然由H+补充，所以根据溶液中的电荷守恒计算可得：

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。故正确答案为B。

三、根据总反应式计算

1.根据阴阳离子在两个电极的放电顺序（阳极要先看电极材料）写出两个电极反应式。

2.合并两个电极反应式得出电解的总反应式，如果弱电解质要写分子式，不能写离子形式。

3.观察总反应式，找出相关的物质（或离子）列出比例式进行计算。

例3 用两支Pt电极通电电解500mL 5mol/L的CuSO4溶液，一段时间后在阳极收集到1.12 L气体（标准状况），电解一段时间后往溶液中加入足量的铁粉使之充分作用，测得此时溶液中的Fe2+浓度为（忽略反应前后溶液的体积变化）（ ）

A.2.4 mol/L B.2.0 mol/L C. 5.0 mol/L D. 4.0 mol/L

[解析]电解CuSO4溶液的过程中：

阴极：Cu2++2e-=Cu 阳极：4OH--4e-=O2↑+2H2O

总反应式：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+4H2SO4

根据电解总反应式可知电解消耗的CuSO4转化为等物质的量的H2SO4，Fe分别与CuSO4、稀H2SO4反应，生成的Fe2+与所消耗的CuSO4和H2SO4的物质的量相等，故Fe2+的物质的量与原CuSO4溶液的物质的量浓度相等，所以选C。[3]

四、根据关系式计算

在电解过程中，阴阳两极通过的电量始终是相同的，即得失电子守恒。根据这个原理我们可以题干中的已知量与未知量通过得失电子的实际情况搭建起一座桥梁，列出计算所需的关系式。

如，以4mole-为桥梁可搭建如下关系式：

4e-～ 4Ag ～ 2Cu ～2Cl2 ～ 2H2 ～ O2 ～ 4H+～ 4OH-

关系式法运用很广泛，如能通过使用关系式法进行电解计算，就可以快速回答一些常见的电化学计算。

例4 （节选）在25 ℃时，用石墨电极电解2.0 L 0.5 mol/L CuSO4溶液。5 min后，在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成。试回答下列问题：

（2）若电解后溶液的体积不变，则电解后溶液的c（H+）为________。

[解析]阴极：Cu2++2e-=Cu 阳极：4OH--4e-=O2↑+2H2O

总反应式：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+4H2SO4

由以上的反应式可知有：2Cu ～ 4e- ～ O2 ～ 2H2SO4 ～ 4H+

因此，n（H+）=2n（Cu）=0.2 mol c（H+）=0.1mol/L

参考文献

[1]《福建省普通高中新课程化学学科教学实施指导意见》——福建省普通高中新课程教学实施化学教学指导组.

[2]许海峰.高中化学中的电解质.中学生数理化，2004，（11）.

[3]李永红.中学化学教育学[M].武汉：武汉大学出版社，2003.