品两道电化学高考题的启示

我们在学习电解池的内容时，常用如图1所示装置（M、N均为惰性电极）分析电解NaCI溶液后阴极附近的pH变化，在阴极，H+比Na+容易得到电子，经过实验，发现阴极附近使酚酞试液变红色，可知阴极附近的pH增大。为何阴极附近的pH增大呢？很多老师习惯按如下方式分析。

分析工：根据阴极电极反应式，即2Hz0+2e-=H2↑+20H-，可知阴极n（OH-）增大，所以pH增大。

该分析忽略了OH-向阳极迁移的因素，很多同学对该分析有疑惑。

分析Ⅱ：如图2所示，M、N均为惰性电极，假设电极M、N间溶液存在虚拟截面a。电解时间为ts，阴极产生l mol OH-，阴极得电子为”（e-）。截面a右侧影响OH的变化有两个因素：

因素-：ts内阴极放电产生OH。

2H2 0+2e--H2十+20H

n （e-） =1 mol l mol

因素二：ts内OH由阴极经截面a迁移至阳极。Cl、OH由阴极经截面a迁移至阳极，H+、Na+由阳极经截面n迁移至阴极，根据串联电路可知，迁移经过截面a的Cl、OH、H+、Na+四种离子满足n（Na+）+n（H+）+n （CI-）+n（OH-）迁移=l mol，所以由阴极经截面a迁移至阳极的n （OH-）迁移

综合两个因素可知，截面a右侧OH的变化为l mol-n（ OH-）迁移>0，则阴极附近的pH增大。

由分析Ⅱ得1 mol - n（OH-）迁移>0，所以阴极放电产生的OH为主导因素，与分析工所得n（OH-）增大的结果相同。但分析工完全忽略了OH迁移这个次要因素，误导了同学们的思维。

下面以两道电化学高考题为例，剖析分析Ⅱ的正确运用，启发同学们在分析问题时应培养严谨的思维态度。

例1 图3为直流电源电解稀Na2 S04溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是（ ）。

A.a电极逸出气体的体积小于b电极的

B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

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

解析：由图3知a电极为阴极，电极反应式为4H20+4e--2H2↑+40H.b电极为阳极，电极反应式为2H2O- 4e-==O2↑+4H+。所以A、B项错误。假设电极a、b间的溶液存在虚拟截面a（原图没有标出a）。a电极附近OH变化由两个因素决定，即电极反应产生的OH及经截面a迁移至b电极附近的OH两个因素，若a电极产生4 mol OH，则经过截面a迁移的SO;、OH、H+、Na+四种离子满足n（Na+）+n （H+ ）+2n （SO4-）+n（ OH-）迁移=4 mol，所以n（OH-）迁移<4 mol。则a电极附近的n（OH-）增大，碱性增强，a电极附近呈蓝色。同理b电极附近的n（H+）增大，酸性增强，b电极附近呈红色。所以D项正确。答案为D。

启示：这道高考题非常类似“电解NaCI溶液，阴极附近使酚酞试液变红色”，但初次出现在高考试题中，考生作答的情况并不理想，其原因是分析“电解NaCI溶液，阴极附近使酚酞试液变红色”不严谨所致。

例2人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图4所示，请回答下列问题：

（1）电源的负极为___（填“A"或“B”）。

（2）阳极室中发生的反应依次为___ ，

（3）电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将 。

解析：（1）由图知，H2为H+在阴极放电的产物，所以左边电极为阳极，右边电极为阴极。则A为直流电源的正极，B为直流电源的负极。

（2）由图4知，阳极失电子发生氧化反应生成C12，所以阳极的电极反应式为2CI- -2e-=C12↑。阳极室出气口为C02 +N2，说明阳极产生的C12与尿素[CO（NH2）2]发生了氧化还原反应，C12被还原为HCI，根据得失电子守恒及质量守恒定律，得反应方程式CO（NH2）2 +3C12 +H20 -C02 +N2 +6HCI。

（3）阴极室中H+受两个因素影响。

因素一：H+在阴极放电产生H2。设ts内有2 mol H+放电，阴极得电子为n（e-）。

2 H+ +2e- =H2↑

2 mol n（e-） =2 mol

因素二：H+由阳极室经质子交换膜迁移至阴极室。根据串联电路知，ts内经过质子交换膜的H+满足n（H+）=2 mol。所以阴极室放电消耗的H+的物质的量与经过质子交换膜迁移至阴极室的H+的物质的量相等，体积又不变。所以阴极室溶液中的c（H+）不变，即pH不变。

答案：（1）B （2）2CI- — 2e-=C12↑CO（ NH2）2+3C12+H20 =C02+N2+6HCI（3）不变

启示：第（3）问并不难，但很多考生错答成“增大”，究其原因是仅依据阴极反应式2H+ +2e-=H2↑得出结论，没有考虑H+迁移的因素，主要是分析“电解NaCI溶液后阴极附近使酚酞试液变红色，pH增大，仅依据阴极电极反应式分析”不严谨所致。

作者单位：广东省深圳市南山区华侨城中学