在熔融化合物中,只有它自己的离子。在水溶液(aqueous)中,水还带来 H⁺ 和 OH⁻,所以每个电极上都有一个选择。这一课给出简单情形的一套简短规则,准确的考试范围请查看你的课程大纲。
它直接对照熔融产物,并用半反应式写出结果。知道哪些金属更活泼会有帮助,见金属与活泼性。
判断流程是什么?
每次都问同样两个问题。
阴极(负极):金属比氢不活泼吗?如果是,生成金属。如果不是,生成氢气。
阳极(正极):有浓度合适的卤离子(氯、溴、碘离子)吗?如果有,生成卤素。如果没有,生成氧气。
如果用活性电极,例如硫酸铜溶液中的铜,阳极本身可以溶解。这会改变阳极规则,电镀就用到这一点。
例题详解
比较三个电解池,都使用惰性电极。
| 电解质 | 存在的离子 | 阴极 | 阳极 |
|---|---|---|---|
| 熔融氯化钠 | Na⁺, Cl⁻ | 钠 | 氯 |
| 浓氯化钠溶液 | Na⁺, Cl⁻, H⁺, OH⁻ | 氢 | 氯 |
| 硫酸铜(II)溶液 | Cu²⁺, SO₄²⁻, H⁺, OH⁻ | 铜 | 氧 |
**第二行的推理:**钠比氢活泼,所以 H⁺ 放电:2H⁺ + 2e⁻ → H₂。氯离子是卤离子且浓度高,所以 Cl⁻ 放电:2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻。Na⁺ 和 OH⁻ 留在溶液中,溶液变成氢氧化钠溶液。
**第三行的推理:**铜比氢不活泼,所以 Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu。没有卤离子,氢氧根离子失去电子:4OH⁻ → 2H₂O + O₂ + 4e⁻。溶液失去铜离子,酸性增强。
**用文字说明的危险性:**氯气有毒且有腐蚀性,所以工业上的氯电解池要把气体封闭起来。本页只讲推理。
关于稀酸的简短说明
稀硫酸中存在的离子是 H⁺、OH⁻ 和 SO₄²⁻。阴极生成氢气(4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂),阳极生成氧气(4OH⁻ → 2H₂O + O₂ + 4e⁻)。
四个电子生成 2 个 H₂ 和 1 个 O₂,所以两种气体的体积比是 2 : 1。净变化是水被分解:2H₂O → 2H₂ + O₂。
要留意的错误
常见的失误是把熔融的答案带到水溶液中。
错误答案:“浓氯化钠溶液在阴极生成钠。”
钠比氢活泼,所以放电的是氢离子,不是钠离子。
纠正的方法是先列出四种离子,再用那两个问题判断。开始前,先在解题的开头写上”熔融”或”水溶液”。
自我检测
1. 预测用惰性电极电解硫酸铜(II)溶液的产物。
查看答案
阴极:铜(比氢不活泼)。阳极:氧(没有卤离子)。
2. 预测用惰性电极电解浓氯化钠溶液的产物,并说出留在溶液中的物质。
查看答案
阴极:氢。阳极:氯。留在溶液中的是氢氧化钠,来自 Na⁺ 和 OH⁻。
3. 电解稀硫酸时生成什么气体?体积比是多少?
查看答案
阴极生成氢气,阳极生成氧气,体积比为 2 : 1,因为 4 个电子放出 2 个 H₂ 和 1 个 O₂。
下一步
接下来是安全地解读电镀示意图,会用到活性电极。当题目要求计算产物的量时,摩尔与方程式比例辅导工具会有帮助。
如果水溶液的规则仍然模糊,我们的老师可以在一对一线上化学补习中用新的电解池测试你的推理。