【知识点详解】
1. **电子守恒法**:在电化学计算中,电子守恒是核心原理之一。无论是原电池还是电解池,电路中电子的转移数量是恒定的。例如,通过4 mol e-可以推算出相关反应中物质的量关系。这在串联电路、阴阳两极产物的计算中尤其重要,比如题目中给出的例子,通过比较各电解池中电子转移的数量来确定析出物质的量之比。
2. **总反应式计算**:总反应式提供了反应物和生成物之间量的比例关系,可用于计算电解过程中产物的量。通过分析总反应式,可以列出比例关系式,简化计算过程。
3. **电极反应式**:了解并熟练运用电极反应式是解决电化学计算的关键。如负极发生氧化反应,金属失电子;正极发生还原反应,溶液中的阴离子得电子。在电解池中,阳极发生氧化反应,而阴极发生还原反应。
4. **Q=I·t和Q=n(e-)·NA·1.60×10^-19C**:电量Q等于电流I与时间t的乘积,也可以通过电子数n、阿伏伽德罗常数NA和单个电子电荷量来计算。这些公式在计算电路中通过的电量时非常实用。
5. **原电池、电解池、电镀池的区别**:
- **原电池**:自发进行的化学能转化为电能的装置,包括正负极材料不同、电解质溶液以及闭合回路。
- **电解池**:非自发进行的电能转化为化学能的装置,需要外加电源,可以进行氧化还原反应。
- **电镀池**:利用电解原理在金属表面镀上一层其他金属,涉及镀层金属与待镀金属的连接以及含有镀层金属离子的电镀液。
6. **串联电路中的计算**:在多个电解池串联的情况下,整个电路中电子转移的总量是相同的,可以据此计算各电解池中产生的物质的量比例,如例1所示。
7. **电解池中的电极反应和电子转移**:在电解过程中,阴极获得电子,阳极失去电子,如例2所示,可以通过电子转移数相等来计算阳极和阴极放出或得到的气体体积。
8. **电解精炼**:电解精炼铜时,阳极会有多种金属溶解,而阴极只析出纯铜,因此阳极减少的质量不等于阴极增加的质量,如判断题3所示。
9. **电解液复原**:电解后溶液的复原通常需要添加相应的氧化剂或还原剂,如判断题2所示,电解氯化钠溶液后加入盐酸不能完全恢复原始状态。
10. **物质的量比例计算**:在电解过程中,析出物质的物质的量比例可以根据电子转移数的比例来确定,如例题1和判断题5所示。
11. **相对原子质量的计算**:在电解M(NO3)x的水溶液时,通过阳极生成氧气的体积和阴极金属M增重的关系,可以推算M的相对原子质量。
通过以上知识点,我们可以解决电化学中的定量计算问题,理解和应用电化学的基本原理。