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3. 电解盐(放氢生碱型、放氧生酸型)

电解原理及其应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 电解含氧酸根或活泼金属阳离子的盐溶液,实质是电解水,导致溶液浓度改变。

从哪来 基于“2. 电极反应”中离子的放电顺序判断,结合“1. 判断溶液酸碱性”分析产物对溶液pH的影响,利用“模型2:电极方程式书写”推导总反应。

为什么 在放氢生碱型(如NaCl)中,阴极H⁺放电生成H₂,破坏水的电离平衡,使OH⁻浓度增大;在放氧生酸型(如CuSO₄)中,阳极OH⁻放电生成O₂,破坏水的电离平衡,使H⁺浓度增大。本质都是水被电解,而盐离子未参与反应(或仅作为导电介质/最终产物的一部分),导致溶液中溶质相对浓度升高或酸性/碱性增强。

讲法
适合:逻辑推理能力强,喜欢从微观粒子运动角度理解的学生。 讲法: 强调“竞争机制”。告诉学生,溶液中同时存在H⁺、OH⁻、Na⁺、Cl⁻(以NaCl为例)。阴极上,H⁺比Na⁺更容易得电子(因为Na⁺太“懒”,得电子能力极弱),所以H⁺跑掉变成氢气,留下了OH⁻,溶液变碱。阳极上,Cl⁻比OH⁻更容易失电子(在浓度较高时),所以Cl⁻跑掉变成氯气。最后剩下的就是NaOH。通过“谁跑得快”的比喻,让学生理解放电顺序决定产物。
适合:记忆型学习者,擅长通过口诀和规律快速解题的学生。** **讲法:** 引入口诀“有氢放氢,无氢放氧;有氯放氯,无氯放氧”。 1. **看阳极
溶液里有Cl⁻吗?有,就放Cl₂(放氯);没有,就放O₂(无氯放氧,即OH⁻放电)。 2. 看阴极:溶液里有H⁺吗?(水溶液中总有H⁺)有,就放H₂(有氢放氢);如果金属活动性在H之前(如K, Ca, Na),其实也是H⁺放电。 3. 定类型: - 阴极放H₂ + 阳极放Cl₂ = 放氢放氯型(电解NaCl)。 - 阴极放H₂ + 阳极放O₂ = 放氢生碱型(电解Na₂SO₄,实质电解水,但题目常归类于此,需注意区分,此处特指NaCl等)。*修正:严格来说,放氢生碱型通常指电解NaCl等,阴极H⁺放电,阳极Cl⁻放电,生成NaOH。而电解Na₂SO₄是电解水型。* - 纠正讲法: - 放氢生碱型:阴极H⁺放电(生H₂),阳极Cl⁻放电(生Cl₂)。剩余Na⁺和OH⁻结合成NaOH。代表:NaCl。 - 放氧生酸型:阴极H⁺放电(生H₂),阳极OH⁻放电(生O₂)。剩余H⁺和SO₄²⁻结合成H₂SO₄。代表:CuSO₄(注意:CuSO₄阴极是Cu²⁺放电,不是H⁺!这里需要精确区分)。 - 重新梳理定义以匹配标准分类: - 电解水型:电解Na₂SO₄、H₂SO₄、NaOH。阴极H⁺放电,阳极OH⁻放电。 - 放氢生碱型:电解NaCl。阴极H⁺放电,阳极Cl⁻放电。 - 放氧生酸型:电解CuSO₄。阴极Cu²⁺放电,阳极OH⁻放电。 - 针对本题知识点“放氢生碱型、放氧生酸型”的讲法: - 放氢生碱型(如NaCl):阴极H⁺放电→H₂,阳极Cl⁻放电→Cl₂。溶液剩NaOH。 - 放氧生酸型(如CuSO₄):阴极Cu²⁺放电→Cu,阳极OH⁻放电→O₂。溶液剩H₂SO₄。 - 口诀修正: - 阳极:有Cl⁻放Cl₂,无Cl⁻放O₂。 - 阴极:有活泼金属离子(K~Al)放H₂,有较不活泼金属离子(Cu~Ag)放金属。 - 放氢生碱:阴极出H₂,阳极出Cl₂ → 生成碱。 - 放氧生酸:阴极出金属,阳极出O₂ → 生成酸。
讲法
适合:空间想象力好,喜欢通过宏观现象和物质守恒来验证的学生。 讲法: 使用“物质守恒法”。 1. 写出电解质溶液中的主要离子。 2. 根据放电顺序,写出两极产物。 3. 检查反应前后原子守恒。 - 例:电解CuSO₄。 - 阴极:Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu - 阳极:4OH⁻ - 4e⁻ → 2H₂O + O₂↑ - 总反应:2Cu²⁺ + 2H₂O → 2Cu + O₂↑ + 4H⁺ - 观察:反应消耗了Cu²⁺和H₂O,生成了Cu、O₂和H⁺。溶液中剩下的阴离子是SO₄²⁻,阳离子是H⁺,所以溶液变成H₂SO₄。 - 这种方法不依赖死记硬背“生酸”或“生碱”,而是通过方程式直接看出剩余离子,从而判断酸碱性。
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练一道
基础题
用惰性电极电解饱和NaCl溶液,写出电极反应式和总反应方程式,并判断电解后溶液的酸碱性。
变式
用惰性电极电解CuSO₄溶液,若电路中通过0.2 mol电子,求生成Cu的质量,并计算若原溶液体积为1L,电解后溶液中H⁺的物质的量浓度(忽略体积变化)。
试试手自己判
检测题
用惰性电极电解100 mL 1 mol/L的CuSO₄溶液,当电路中通过0.1 mol电子时,溶液中H⁺的物质的量浓度为多少?(假设溶液体积不变)
看答案和判分标准
答案:0.1 mol/L
判对标准:
1. 正确判断阴极放电离子为Cu²⁺(而非H⁺)。
2. 正确判断阳极放电离子为OH⁻。
3. 正确建立电子转移与H⁺生成的关系:阳极每转移1 mol电子,生成1 mol H⁺(因为4e⁻对应4H⁺)。
4. 计算过程:$n(H^+) = 0.1$ mol,$c(H^+) = 0.1/0.1 = 1$ mol/L? 等等,让我重新核算一下。
- 阳极反应:$4OH^- - 4e^- \rightarrow 2H_2O + O_2$。
- 转移4 mol e⁻,消耗4 mol OH⁻,相当于生成4 mol H⁺。
- 所以 $n(H^+) = n(e^-)$。
- 题目中 $n(e^-) = 0.1$ mol。
- 所以 $n(H^+) = 0.1$ mol。
- 体积 $V = 0.1$ L。
- $c(H^+) = 0.1 / 0.1 = 1$ mol/L。
- 修正答案:1 mol/L。
- 再次检查:
- 阴极:$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$。0.1 mol e⁻ 消耗 0.05 mol Cu²⁺。原溶液有 0.1 mol Cu²⁺,足够。
- 阳极:$4OH^- - 4e^- \rightarrow 2H_2O + O_2$。0.1 mol e⁻ 对应生成 0.1 mol H⁺。
- 浓度 = 0.1 mol / 0.1 L = 1 mol/L。
- 最终答案:1 mol/L。
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