求解有关电解试题时,常需要首先判断出电解池的阴阳极。现举例说明常用的五种判断方法,供参考。
一、根据直流电源的正负极判断
判断方法:在电解池中,与直流电源正极相连接的电极为电解池的阳极,与直流电源负极相连接的电极为电解池的阴极。直流电源“+”或“-”的认定:竖直线长的一端为正极,竖直线短的一端为负极。
例1 如图1所示为电解CuCl2溶液的装置,其中X、Y
均为石墨电极。则下列判断正确的是( )。
A.X电极为阴极、Y电极为阳极
B.X电极发生还原反应,Y电极发生氧化反应
C.电解过程中,Cl-向Y电极移动,Cu2+向X电极移动
D.电解过程中,X电极上逸出气体,Y电极质量增加
解析 因X电极与直流电源的正极相连接,Y电极与直流电源的负极相连接,则根据电解原理可知,X电极为电解池的阳极,Y电极为电解池的阴极,A项错误;电解CuCl2溶液的过程中,Cl-在X电极(阳极)发生氧化反应生成Cl2(2Cl--2e- = Cl2↑),Cu2+在Y电极(阴极)发生还原反应生成Cu(Cu2++2e- = Cu);则X电极上逸出气体,Y电极质量增加,B项错误,D项正确;电解过程中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,则Cl-向X电极移动,Cu2+向Y电极移动,C项错误,故答案为D。
二、根据电流方向(或电子流向)判断
判断方法:在电解池中,电流流入(或电子流出)的电极为电解池的阳极,电流流出(或电子流入)的电极为电解池的阴极,即电流由阳极流入、阴极流出(或电子由阳极流出、阴极流入)或由电流方向(或电子流向)先判断出直流电源的正负极,然后判断出电解池的阴阳极。
例2 如图2所示是电解AgNO3溶液的装置,其中
c、d均为石墨电极。则下列有关判断不正确的是( )。
A.c电极为电解池的阳极、d电极为电解池的阳极
B.电解过程中,c电极上有氧气放出
C.电解过程中,溶液中氢离子浓度不变
D.电解过程中,d电极的质量增加
解析 因在电解池中,电流由阳极流入、阴极流出,则c电极为电解池的阳极,d电极为电解池的阴极,A项正确;电解过程中,溶液中的OH-在c电极上放电生成H2O和O2(4OH--4e- = 2H2O+O2↑),则c电极上有氧气放出,B项正确;电解过程中,溶液中的Ag+在d电极上放电生成Ag(Ag++e-= Ag),则d电极的质量增加,D项正确;将阳极和阴极电极反应式叠加得电解的总反应式为
4AgNO3+2H2O4Ag+ O2↑+4HNO3
因电解过程中有HNO3生成,且由于溶剂水的量减少,则电解过程中溶液中的氢离子浓度变大,C项不正确。故答案为C。
三、根据电极反应类型判断
判断方法:在电解池中,发生氧化反应的电极为电解池的阳极,发生还原反应的电极为电解池的阴极。
例3 采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法,利用此法制备ZnC2O4的示意图如图3所示(电解质溶液不参与反应)下列说法正确的是( )。
A. Zn电极与直流电源的负极相连
B.电解的总反应为2CO2+ ZnZnC2O4
C. ZnC2O4在交换膜右侧生成
D.通入11.2L CO2完全反应时,转移0.5mol电子
解析 CO2制备ZnC2O4的过程中,碳元素的
化合价降低,CO2发生还原反应,则通入CO2的Pb
电极是电解池的阴极;从而可知,Zn电极是电解池的阳极。根据电解原理可知,Zn电极与电源的正极相连,A项错误;在阳极(Zn电极)上Zn失去电子生成Zn2+,Zn2+从阳极通过阳离子交换膜移向阴极,在阴极CO2得到电子生成C2O42-,则ZnC2O4在交换模左侧生成,C项错误;由上述分析可知,阴极反应式为2CO2+2e-=C2O42-,阳极反应式为Zn-2e-= Zn2+,将阴极反应式与阳极反应式叠加,得电解的总反应式为
2CO2+ZnZnC2O4
B项正确;由电解的总反应可知,通入2mol CO2完全反应时转移2mol电子,则当通入标准状况下的11.2L(即0.5mol)CO2完全反应时转移0.5mol电子,但题中没有给出CO2气体所处的条件(温度和压强),11.2L CO2的物质的量不一定是0.5mol,其完全反应不一定转移0.5mol电子,D项错误。故答案为B。
四、根据电极质量变化判断
判断方法:在电解过程中,电极质量增加的电极为电解池的阴极,另一电极为电解池的阳极。
例4 如图4所示x、y分别是电源的两极,
通电后a极板质量增加,b极板上有无色无味的
气体放出,表1中符合此情况的是( )。
表1
a极板 | b极板 | x电极 | Z溶液 | |
A | Zn | Pt | 负极 | 硫酸铜溶液 |
B | Pt | Pt | 负极 | 氢氧化钠溶液 |
C | Ag | Fe | 正极 | 硝酸银溶液 |
D | Cu | Pt | 负极 | 氯化铜溶液 |
解析 因在电解过程中a极板质量增加,则a极板为电解池的阴极,b极板为电解池的阳极;而a极板(阴极)与直流电源的x电极相连接,则x电极为直流电源的负极,可排除C项;因电解过程中b极板(阳极)上有无色无味的气体放出,而电解CuCl2溶液会在阳极放出有刺激性气味的黄绿色气体(Cl2),则可排除D项;因电解NaOH溶液会在阴极放出H2(不会使a极板质量增加),则可排除B项;只有A项符合题意,故答案为A。
五、根据电极附近产生的现象判断
判断方法:根据电解过程中电极附近所产生的外观现象,结合电极反应,通过分析所产生现象的原因,可判断出电解池的阴阳极。如电极附近的溶液遇石蕊试液变红的电极为电解池的阳极,另一电极为电解池的阴极,电极附近的溶液遇酚酞试液变红的电极为电解池的阴极,另一电极为电解池的阳极。
例5 如图5所示为某化学兴趣小组设计的“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用NaCl溶液、无色酚酞试液的混合溶液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通直流电源后,用铅笔可在滤纸上写出红色字迹,下列判断正确的是( )。
A.铅笔端为电解池的阳极
B.铂片上发生还原反应
C.铅笔端有少量的氯气产生
D.b端是直流电源的正极。
解析 电解NaCl溶液,阳极反应为2Cl--2e- = Cl2↑,阴极反应为2H++2e- = H2↑;则阴极附近的溶液显碱性,遇酚酞试液出现红色,则铅笔端作电解池的阴极,发生还原反应,有少量的氢气产生,A、C项错误;铂片端作电解池的阳极,发生氧化反应(有少量的氯气产生)B项错误;因电解池的阳极与直流电源的正极连接,而铂片端为电解池的阳极,则b端是直流电源的正极,D项正确,故答案为D。
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