電解池實驗題及詳細(xì)解答電解池作為電化學(xué)的核心內(nèi)容之一，其原理與應(yīng)用在化學(xué)實驗和工業(yè)生產(chǎn)中都占據(jù)著舉足輕重的地位。掌握電解池的工作機(jī)制、能夠準(zhǔn)確分析實驗現(xiàn)象并進(jìn)行相關(guān)計算，是深入理解電化學(xué)過程的關(guān)鍵。本文將通過幾道典型的電解池實驗題，結(jié)合詳細(xì)的解答與分析，幫助讀者鞏固相關(guān)知識，提升解題能力。一、電解池的核心知識回顧在深入例題之前，我們先簡要回顧一下電解池的基本構(gòu)成與工作原理，這是解決所有電解池問題的基礎(chǔ)。1.構(gòu)成要素：電解池由直流電源、兩個電極（陽極與陰極）、電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)構(gòu)成。2.電極定義：與電源正極相連的為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)；與電源負(fù)極相連的為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)。3.電子流向：電子從電源負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向陰極；從陽極流出，經(jīng)導(dǎo)線流回電源正極。（注意：電子不進(jìn)入電解質(zhì)溶液）4.離子移動：電解質(zhì)溶液中，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。5.電極反應(yīng)：在陽極，還原性強的陰離子（或活性電極本身）失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；在陰極，氧化性強的陽離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。離子的放電順序是判斷電極產(chǎn)物的關(guān)鍵。二、典型電解池實驗題解析例題一：探究電解CuCl?溶液的實質(zhì)實驗題目：某學(xué)生設(shè)計了如圖所示的電解裝置，用以電解飽和CuCl?溶液。請回答下列問題：（1）寫出裝置中陽極和陰極所使用的電極材料（若為惰性電極則注明）。若選用石墨作為電極，寫出兩極的電極反應(yīng)式，并描述實驗過程中觀察到的現(xiàn)象。（2）若將陽極材料換為銅片，其余條件不變，重新進(jìn)行電解，寫出此時兩極的電極反應(yīng)式，并比較與（1）中實驗現(xiàn)象的異同。（3）在（1）的實驗中，若電解一段時間后，停止通電，將電解液攪拌均勻，溶液的pH值與電解前相比有何變化？請簡述理由。解答與分析：（1）電極材料與反應(yīng)式、現(xiàn)象：在電解實驗中，若題目未特別說明，且為探究電解原理，陽極和陰極通常選用惰性電極，如石墨或鉑。本題明確提示“若選用石墨作為電極”，故兩極均為石墨（惰性電極）。*陽極（與電源正極相連）：溶液中的陰離子有Cl?和OH?。根據(jù)常見陰離子的放電順序（S2?>I?>Br?>Cl?>OH?>含氧酸根離子），Cl?的還原性強于OH?，因此Cl?在陽極優(yōu)先放電，發(fā)生氧化反應(yīng)。電極反應(yīng)式：2Cl?-2e?=Cl?↑現(xiàn)象：陽極石墨棒上有黃綠色氣體產(chǎn)生，該氣體有刺激性氣味（可進(jìn)一步用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗，試紙變藍(lán)）。*陰極（與電源負(fù)極相連）：溶液中的陽離子有Cu2?和H?。根據(jù)常見陽離子的放電順序（Ag?>Fe3?>Cu2?>H?(酸)>Fe2?>Zn2?>...），Cu2?的氧化性強于H?，因此Cu2?在陰極優(yōu)先放電，發(fā)生還原反應(yīng)。電極反應(yīng)式：Cu2?+2e?=Cu現(xiàn)象：陰極石墨棒上有紅色（或紫紅色）固體析出，覆蓋在石墨棒表面。（2）陽極換為銅片后的情況：當(dāng)陽極材料由惰性電極石墨換為活性電極銅片時，情況發(fā)生改變。對于活性陽極（除金、鉑等少數(shù)金屬外的金屬電極），在電解時，通常是金屬陽極本身失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，而不是電解液中的陰離子放電（除非陰離子濃度極大且金屬活動性很弱）。*陽極（銅片）：銅原子失去電子，氧化為Cu2?進(jìn)入溶液。電極反應(yīng)式：Cu-2e?=Cu2?現(xiàn)象：陽極銅片逐漸溶解、變薄。*陰極（石墨棒）：此時溶液中的陽離子仍主要為Cu2?（來自陽極溶解和原溶液），H?濃度較低。Cu2?在陰極優(yōu)先放電。電極反應(yīng)式：Cu2?+2e?=Cu現(xiàn)象：陰極石墨棒上仍有紅色（或紫紅色）固體析出，覆蓋在石墨棒表面。異同點比較：*相同點：陰極的電極反應(yīng)和現(xiàn)象相同，均有Cu析出。*不同點：陽極的電極反應(yīng)和現(xiàn)象完全不同。原石墨陽極產(chǎn)生Cl?氣體，而銅陽極則是銅片溶解，無Cl?氣體產(chǎn)生。電解液中Cu2?的濃度變化也不同：（1）中，陰極析出Cu，陽極消耗Cl?，Cu2?濃度降低；（2）中，陽極溶解產(chǎn)生Cu2?，陰極析出Cu，若陰陽兩極通過電量相同，理論上溶液中Cu2?濃度基本保持不變。（3）溶液pH值的變化：在（1）的實驗中，石墨為兩極，電解CuCl?溶液。總反應(yīng)方程式可由兩極反應(yīng)式相加得到：陽極：2Cl?-2e?=Cl?↑陰極：Cu2?+2e?=Cu總反應(yīng)：CuCl?電解Cu+Cl?↑從總反應(yīng)式可以看出，電解過程中消耗的是CuCl?，H?和OH?的濃度在電解前后（不考慮Cl?少量溶解與水反應(yīng)）理論上沒有直接的生成或消耗。然而，實際操作中，陽極產(chǎn)生的Cl?氣體會有少量溶解于水，發(fā)生反應(yīng)：Cl?+H?O?HCl+HClO。生成的HCl和HClO會使溶液的酸性略有增強，pH值略有下降。但如果題目強調(diào)“將電解液攪拌均勻”，且假設(shè)Cl?氣體完全逸出（這在很多基礎(chǔ)理論分析中是簡化處理方式），則可認(rèn)為溶液中H?濃度基本不變。結(jié)論：若不考慮Cl?的溶解，則溶液pH值基本不變；若考慮Cl?少量溶解，則pH值略有下降。在中學(xué)階段的多數(shù)此類基礎(chǔ)題目中，若無特殊說明，通常從總反應(yīng)消耗CuCl?的角度出發(fā)，認(rèn)為H?和OH?濃度未變，pH值基本不變。但更嚴(yán)謹(jǐn)一點，考慮到Cl?的溶解，pH會略有降低。此處按中學(xué)常見考法，答“基本不變”或“略有下降”均可，但需說明理由。若題目明確要求只考慮電極反應(yīng)對H?/OH?的影響，則為不變。例題二：電解原理在物質(zhì)制備與提純中的應(yīng)用實驗題目：工業(yè)上常用電解法精煉粗銅（含有鋅、鐵、鎳、銀、金等雜質(zhì)）。請回答下列問題：（1）請在答題紙上畫出電解精煉銅的簡易裝置圖（標(biāo)明電極材料、電解液種類、電源正負(fù)極連接）。（2）簡述電解精煉銅時，陽極和陰極發(fā)生的主要反應(yīng)（用電極反應(yīng)式表示）。（3）精煉過程中，粗銅中的雜質(zhì)（如鋅、鐵、鎳等活潑金屬雜質(zhì)，以及銀、金等不活潑金屬雜質(zhì)）是如何被除去的？解答與分析：（1）電解精煉銅簡易裝置圖（文字描述）：*電源：直流電源。*陽極：與電源正極相連，為待精煉的粗銅塊。*陰極：與電源負(fù)極相連，為純銅薄片（或精銅）。*電解液：通常為含有Cu2?的可溶性銅鹽溶液，如硫酸銅溶液（CuSO?溶液）。（裝置圖的核心要素：電源、導(dǎo)線、陽極材料、陰極材料、電解液，以及正確的連接方式。）（2）主要電極反應(yīng)：*陽極（粗銅）：粗銅中的主要成分銅以及比銅活潑的金屬雜質(zhì)（如鋅、鐵、鎳等）會失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)而溶解。由于銅是主要成分，且鋅、鐵、鎳等活潑性比銅強，它們會優(yōu)先于銅放電，但在描述“主要反應(yīng)”時，以銅的溶解為主。主要電極反應(yīng)式：Cu-2e?=Cu2?（同時，雜質(zhì)Zn：Zn-2e?=Zn2?；Fe：Fe-2e?=Fe2?；Ni：Ni-2e?=Ni2?等）*陰極（純銅）：電解液中存在Cu2?、H?以及少量Zn2?、Fe2?、Ni2?等陽離子。由于Cu2?的氧化性強于H?以及Zn2?、Fe2?、Ni2?等（這些雜質(zhì)金屬離子濃度較低且氧化性較弱），因此Cu2?在陰極優(yōu)先得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，析出純銅。電極反應(yīng)式：Cu2?+2e?=Cu（3）雜質(zhì)的除去方式：*鋅、鐵、鎳等活潑金屬雜質(zhì)：這些金屬雜質(zhì)比銅活潑，在陽極會優(yōu)先或與銅一起失去電子，氧化為相應(yīng)的金屬陽離子（如Zn2?、Fe2?、Ni2?）進(jìn)入電解液中。由于這些離子的氧化性弱于Cu2?，且在溶液中的濃度通常不高，它們不會在陰極放電析出，而是留在電解液中（一段時間后電解液需要凈化處理）。*銀、金等不活潑金屬雜質(zhì)：這些金屬雜質(zhì)的活潑性比銅差，在陽極難以失去電子，因此不會溶解進(jìn)入電解液。它們會以微小的固體顆粒形式從粗銅表面脫落，沉積在電解槽底部，形成所謂的“陽極泥”。陽極泥是提煉金、銀等貴金屬的重要原料。通過這樣的方式，粗銅中的雜質(zhì)被分離除去，純銅在陰極不斷析出，從而達(dá)到精煉銅的目的。三、總結(jié)與思考電解池實驗題的解答，關(guān)鍵在于對電解原理的深刻理解和靈活運用。首先要明確電解池的構(gòu)成，準(zhǔn)確判斷陽極和陰極；其次要分析電解液的成分，確定可能參與放電的離子種類；然后依據(jù)離子放電順序（這是核心規(guī)律，需要牢記并理解其原因），判斷各電極上發(fā)生的具體反應(yīng)；最后根據(jù)電極反應(yīng)式