电子账本:多室装置的共同计数器

先记“通过了多少电子”,再把每一个电极的产物逐项换出来。

多池、多室装置看起来像把题目拆成了好几份,其实有一本总账始终没有变:串联、无支路且正常工作时,各电极反应对应的电子的物质的量相等;不是同一电子穿过液体循环。下面设定外电路通过 1 mol e⁻,看看这本账如何同时落在阴极、阳极和离子膜上。

给总账设一个电子量 n(e⁻)
1 mol e⁻全装置的共同计数器

电子量0..10 mol,最多3位小数;拒绝空、负、指数和超限。预设与±按钮仍可选常用量。假定水和电解质足量、适宜电压、忽略副反应。选择质子模式时,阴极反应同步改为H⁺还原。

外线两段:电源负端 → 阴极;阳极 → 电源正端 n(e⁻) = 1 mol

阴极(还原,接收电子)

2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻

  • 消耗电子1 mol e⁻
  • 生成氢气 H₂0.5 mol
  • 生成 OH⁻1 mol

阳极(氧化,交出电子)

2H₂O → O₂↑ + 4H⁺ + 4e⁻

  • 交出电子1 mol e⁻
  • 生成氧气 O₂0.25 mol
  • 生成 H⁺1 mol

先看电子:两极都登记 1 mol e⁻。再由电极反应式的系数换算:阴极每 2 mol e⁻ 对应 1 mol H₂;阳极每 4 mol e⁻ 对应 1 mol O₂。

阴极的换算线

n(H₂)=½n(e⁻)
n(OH⁻生成)=n(e⁻)

阳极的换算线

n(O₂)=¼n(e⁻)
n(H⁺)=n(e⁻)

切换介质模型,什么没变?

气体的生成量仍由电极反应式决定;阴极半反应和离子计量必须随模型同步。无质子膜时这里只列电极生成量,不断言实际净积累。

算题提醒:气体体积必须先看题目给出的温度、压强。没有给定温压条件时,只保留气体的物质的量,不强行代入 22.4 L·mol⁻¹。