高中化學——利用電荷守恆巧解電化學中的離子遷移

1 遷移原理

例1 某原電池裝置如圖1所示，電池總反應為2Ag＋Cl

(1) 當電路中轉移Amol電子時，質子交換膜左側溶液中約減少______mol離子，質子交換膜右側溶液c(HCl)______(填“＞”“＜”“=”) 1mol·L^－1(忽略溶液體積變化)．

(2) 假設將質子交換膜換成陰離子交換膜，其他條件不變．若有11.2L(標準狀況)氯氣參與反應，則必有________mol________(填離子符號)由交換膜________側通過交換膜向________側遷移．交換膜右側溶液c(HCl)________(填“＞”“＜”“=”)₁mol·L^－1(忽略溶液體積變化)．

(1)正極的電極反應式為Cl₂＋2e^-=2Cl^－，負極的電極反應式為Ag－e^-＋Cl^－=AgCl，質子交換膜只允許氫離子通過，轉移Amol電子，必有AmolCl^－生成沉澱，為了維持電荷平衡，交換膜左側溶液中必有AmolH^＋向右側遷移，故交換膜左側共減少2Amol離子(AmolCl^－＋AmolH^＋)．交換膜右側溶液中氯化氫濃度增大．

(2)n(Cl

答案 (1) 2A； ＞. (2) 1；Cl^－； 右； 左； =.

2 遷移數目的計算

例2 某電化學裝置如圖2所示(陰離子交換膜只允許陰離子通過，通常簡稱陰膜)．

(1) 該裝置工作一段時間後，陰離子交換膜左側增加的離子數目與右側減少的離子數目之比為______．

(2) 若將氯化鐵溶液換成硫酸銅溶液，其他條件不變，工作一段時間，陰離子交換膜左側增加的離子數目與右側減少的離子數目之比為______．

(1) 轉移電子數目與交換膜兩側離子變化量之比無關．可以採用賦值法計算．若轉移2mol 電子，負極的電極反應式為Fe－2e^-=Fe^2＋，正極的電極反應式為2Fe^3＋＋2e^-=2Fe^2＋．由電極反應式知，陰膜左側增加1mol Fe^2＋；陰膜右側的2mol Fe^3＋變成2mol Fe^2＋，陽離子數沒有變化．左側過剩了2mol 正電荷，右側減少了2mol 正電荷(可認為過剩了2mol 負電荷)．陰離子交換膜只允許陰離子通過，為了維持電荷平衡，必有2mol Cl^－由右側通過交換膜向左側遷移．故陰離子交換膜左側增加離子為1mol Fe

(2) 氯化鐵溶液換成硫酸銅溶液，正極的電極反應式為Cu^2＋＋2e^-=Cu，假設轉移電子為2mol，交換膜左側增加1mol Fe^2＋，交換膜右側有1mol Cu^2＋變成1mol Cu，左側過剩了2mol 正電荷，右側減少了2mol 正電荷(或過剩了2mol 負電荷），1 mol SO42—從右側通過交換膜向左側遷移．因此，左側增加了1mol Fe^2＋和1 mol SO42—，右側減少了1mol Cu^2＋和1 mol SO42—

二者之比為1∶1．

答案 (1) 3∶2. (2) 1∶1.

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