电化学专题电极反应方程式的书写.docx

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电化学专题电极反应方程式的书写

电化学专题—电极反应方程式的书写

一、原电池与电解池的判断

指出下列装置哪些为原电池哪些为电解池

⑴⑵⑶⑷⑸⑹

⑺⑻⑼⑽⑾

二、原电池与电解池的比较

 

原电池

电解池

定  义

将化学能转变成电能的装置

将电能转变成化学能的装置

形成条件

①活动性不同的两电极(连接)

②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)

③形成闭合回路

①两电极接直流电源

②两电极插入电解质溶液

③形成闭合回路

电极名称

负极较活泼金属(电子流出的极)

正极较不活泼金属或能导电的非金属(电子流入的极)

阴极与电源泉负极相连的极

阳极与电源正极相连的极

电极反应

负极氧化反应;金属或还原性气体失电子

正极还原反应;溶液中的阳离子得电子或者氧化性气体得电子(吸氧腐蚀)

阳极氧化反应;溶液中的阴离子失电子,或电极金属失电子

阴极还原反应;溶液中的阳离子得电子

电子流向

能量转变

化学能转变为电能

电能转化为化学能

装置特点

无外接直流电源

有外接直流电源

相似之处

均能发生氧化还原反应,且同一装置中两个电极在反应过程中转移电子总数相等。

举  例

⑴铜锌原电池;⑵氢氧燃烧电池

⑴氯碱工业装置;⑵电解精炼铜

三、原电池的电极反应和总反应式书写方法

1、仅有一电极材料参与反应方法:

规律:

参与反应的金属电极本身为负极,另一电极往往为正极,负极是参与反应的金属失电子,正极是介质溶液中的微粒得电子(反应一般为析氢、吸氧、析Cu、Ag等)

(1)酸性较强介质:

正极一般是析氢反应。

例:

图1电极反应:

负极:

Zn-2e=Zn2+正极:

2H++2e=H2↑

(2)接近中性介质:

正极一般是吸氧反应。

例:

图2电极反应:

负极:

2Fe-4e=2Fe2+正极:

O2+4e+2H2O=4OH-

练习1.我国首创的以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯,它以海水为电解质溶液,利用空气中的氧使铝不断氧化产生电流,写出这种电池的电极材料、电极反应式及总反应式。

答:

负极(Al):

4Al-12e-=4Al3+

正极(C):

3O2+12e-+6H2O=12OH-

总反应式:

4Al+6H2O+3O2=4Al(OH)3

分析:

负极本身参加反应被氧化,正极必须能导电而本身不参加反应。

电源负极材料为:

铝;电源正极材料为:

石墨等能导电的惰性材料。

负极反应为:

4Al-12e-=4Al3+;正极反应为:

3O2+6H2O+12e-=12OH-

(3)碱性介质:

正极一般也是吸氧反应。

例:

图3电极反应:

负极:

2Fe-4e=2Fe2+正极:

O2+4e+2H2O=4OH-

(4)含不活泼金属的盐溶液为介质:

正极析出不活泼金属(Cu、Ag等)。

例:

图4电极反应:

负极:

Fe-2e=Fe2+正极:

Cu2++2e=Cu

2、两电极材料均参与反应(常见于蓄电池式或纽扣式电池)

规律:

两电极材料通常由金属和金属化合物构成,金属作负极。

电子得失均由两电极本身发生。

在书写电极反应式时,应考虑电解质对电极的影响(如生成难溶物、弱电解质等)。

介质为酸性溶液时,反应式两边不能出现OH-离子;碱性溶液为介质时,反应式两边不能出现H+离子。

(1)酸性介质例:

实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制氯气,已知铅蓄电池工作时总的方程式如下:

Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O试写出放电时的电极反应式。

分析得出:

负极:

Pb-2e+SO42-=PbSO4

正极:

PbO2+2e+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O

(2)碱性介质例:

蓄电池在放电时起原电池作用,在充电时起电解池作用。

下式是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应:

Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2

试写出起原电池作用的电极反应式。

负极:

Fe-2e+2OH-=Fe(OH)2

正极:

NiO2+2e+2H2O=Ni(OH)2+2OH-

知识迁移:

蓄电池的充电过程即电解,充电时电极反应式书写,只要将放电时的电极反应式反过来写,然后将负极改为阴极、原来的正极改为阳极即可:

阴极:

Fe(OH)2+2e=Fe+2OH-

阳极:

Ni(OH)2+2OH—2e=NiO2+2H2O

练习2、电子表和电子计算器中常用一种微型纽扣原电池,它以锌为负极,氧化银为正极(即金属银上覆盖一薄层该金属氧化物),氢氧化钾溶液为电解质溶液,这种电池工作时,正极反应是()

AZn+2OH-=ZnO+H2O+2eBZnO+H2O=Zn+2OH--2e

CAg2O+2H+=2Ag+H2O-2eDAg2O+H2O=2Ag+2OH--2e

练习3、氢镍电池是近年来开发的可充电电池,具有质轻、容量大的优良特性,其性能远优于镍镉电池,对环境污染程度也小于镍镉电池。

目前已基本取代了镍镉电池。

氢镍电池的总反应式是H2+2NiO(OH)2Ni(OH)2。

下列叙述中正确的是(C、D)

A.电池放电时,电池负极周围溶液的OH不断增大B.电池放电时,镍元素被氧化 

C.电池充电时。

氢元素被还原D.电池放电时,H2是负极

3、电极材料本身均不参与反应(常见于燃料电池)

规律:

两电极材料均为惰性电极(本身不参与反应,仅作导电的载体),负极是还原剂即燃料失电子,正极是氧化剂得电子。

在书写电极反应式时,应考虑电解质对电极反应的影响,介质为酸性溶液时,反应式两边不能出现OH-离子;碱性溶液为介质时,反应式两边不能出现H+离子。

同时参照总方程式中反应物和生成物来确定书写的微粒。

例1:

熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混和物作电解质,CO为阳极燃气,空气和CO2的混和气为阴极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池。

完成有关的电池反应式:

负极反应式:

2CO+2CO32--4e-→4CO2

正极反应式:

总反应式:

答:

正极:

O2+2CO2+4e-=2CO32-总反应式:

2CO+O2=2CO2

例2⑴美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电源,是一种高效低污染的新型电池,一般用金属铂(是一种惰性电极,并具有催化活性)或活性炭作电极,用40%的KOH溶液作电解质溶液。

氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转化为电能,而不经过热能中间形式。

电极反应产生的水,经冷凝后又可作为宇航员的饮用水,发生的反应为:

2H2+O2====2H2O,则电极反应式分别为:

负极,正极。

⑵如把KOH改为稀H2SO4作导电物质,则电极反应式为、。

⑴和⑵的电池液不同,反应进行后,其溶液的pH各有何变化

⑶如把H2改为甲烷,KOH作导电物质,则电极反应式为、。

如果用稀H2SO4作导电物质,则电极反应式为、。

分析:

电解质溶液为碱性时,书写电极反应式可出现OH-,但不能出现H+;同样,电解质溶液为酸性时,书写电极反应式可出现H+,但不能出现OH-。

答案:

⑴负极:

2H2+4OH--4e-=4H2O,正极:

O2+2H2O+4e-=4OH-。

⑵负极:

2H2-4e-=4H+;正极:

O2+4H++4e-=2H2O。

⑶负极:

CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;正极:

O2+2H2O+4e-=4OH-。

负极:

CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+;正极:

O2+4H++4e-=2H2O。

点评:

解决此题的关键是理解原电池的有关概念,注意溶液环境(即酸性、碱性或中性),熟悉原电池电极反应式的一般书写方法。

练习4、将两铂片插入KOH溶液中作为电极,在两极区分别通入甲烷(或氢气、一氧化碳等可燃性气体)和氧气构成燃料电池,则通入甲烷气体的极是原电池的,该极的电极反应是,电池工作时的总反应的离子方程式是。

通入一氧化碳时的电极反应式:

负极:

,正极:

总反应的化学方程式:

原电池电极反应式书写的一般步骤第一步确定电极的正、负;第二步根据溶液中离子参加反应情况确定电极反应;第三步将电极反应相加得总反应式。

总结:

书写电极反应式是学习电化学的基本功,也是高考所必须掌握的知识点。

一般来讲,书写原电池的电极反应式应注意如下四点:

1、准确判断原电池的正负极

如果电池的正负极判断失误,则电极反应式必然写错,这是正确书写电极反应式的前提。

一般而言,较活泼的金属成为原电池的负极,但不是绝对的。

如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时,铜却是原电池的负极被氧化,因为铝在浓硝酸中表面产生了钝化。

此时,其电极反应式为:

负极:

Cu-2e-=Cu2+正极:

2NO3-+4H++2e-==2NO2+2H2O

又如将镁铝合金放入6mol/L的NaOH溶液中构成原电池时,尽管镁比铝活泼,但镁不和NaOH溶液反应,所以铝成为负极,其电极反应式为:

负极:

2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O正极:

6H2O+6e-=3H2+6OH-

2、高度注意电解质的酸碱性

在正、负极上发生的电极反应不是孤立的,它往往与电解质溶液紧密联系。

如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种,在酸溶液中负极反应式为:

2H2-4e-=4H+正极反应式为:

O2+4H++4e-=2H2O;如是在碱溶液中,则不可能有H+出现,在酸溶液中,也不可能出现OH-。

又于CH4、CH3OH等燃料电池,在碱溶液中C元素以CO32-离子形式存在,而不是放出CO2。

3、牢牢抓住总的反应方程式

从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。

而两个电极反应相加即得总的反应方程式。

所以,对于一个陌生的原电池,只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式,即可迅速写出另一个电极反应式。

4、不能忽视电子转移数相等

在同一个原电池中,负极失去的电子数必等于正极得到的电子数,所以在书写电极反应式时,要注意电荷守恒。

这样可以避免由电极反应式写总反应方程式,或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误,同时,也可避免在有关计算中产生误差。

四、电解池的电极反应和总反应式书写方法

书写电解池的电极反应式时,要注意阴离子和阳离子的放电顺序:

阴极放电顺序Au3+>Ag+>Fe3+>Hg2+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Ni2+>Fe2+>Zn2+>Mn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

阳极放电顺序S2->I->Br->Cl->OH->NO3->F-

1.电解水型:

含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)的电解。

阴极:

阳极:

总反应:

2.分解电解质型:

无氧酸(除HF外)、不活泼的无氧酸盐(氟化物除外)(如HCl、CuCl2等)溶液的电解。

阴极:

阳极:

总反应:

3.放氢生碱型:

活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)(如NaCl、MgBr2)溶液的电解。

阴极:

阳极:

总反应:

4.放氧生酸型:

不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。

阴极:

阳极:

总反应:

启示:

电极反应的书写与下列几个因素有关

1、与装置类型有关

2、与电极类型及电极材料有关

3、与反应类型有关

4、与电子守恒有关

5、与电解质环境有关

6、与总反应式有关

7、与题给信息有关

8、与离子的氧化还原性强弱有关

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