电极方程式的书写和常见电源高考总复习.docx

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电极方程式的书写和常见电源高考总复习

电极方程式的书写和常见电源

知识点一：

.电极方程式书写

电极反应式书写的一般步骤：

负极：

活泼金属失电子，看阳离子能否在电解液中大量存在。

如果金属阳离子不能与电解液中的离子共存，则进行进一步的反应。

例：

甲烷燃料电池中，电解液为KOH，负极甲烷失8个电子生成CO2和H2O，但CO2不能与OH-共存，要进一步反应生成碳酸根。

　　正极：

①当负极材料能与电解液直接反应时，溶液中的阳离子得电子。

例：

锌铜原电池中，电解液为HCl，正极H+得电子生成H2。

②当负极材料不能与电解液反应时，溶解在电解液中的O2得电子。

如果电解液呈酸性，O2+4e-+4H+==2H2O；如果电解液呈中性或碱性，O2+4e-+2H2O==4OH-。

特殊情况:

Mg-Al-NaOH，Al作负极。

负极：

Al-3e-+4OH-==AlO2-+2H2O；正极：

2H2O+2e-==H2↑+2OH-

Cu-Al-HNO3，Cu作负极。

注意：

Fe作负极时，氧化产物是Fe2+而不可能是Fe3+；

肼（N2H4）和NH3的电池反应产物是H2O和N2

无论是总反应，还是电极反应，都必须满足电子守恒、电荷守恒、质量守恒。

pH变化规律：

电极周围：

消耗OH-（H+），则电极周围溶液的pH减小（增大）；反应生成OH-（H+），则电极周围溶液的pH增大（减小）。

　　溶液：

若总反应的结果是消耗OH-（H+），则溶液的pH减小（增大）；若总反应的结果是生成OH-（H+），则溶液的pH增大（减小）；若总反应消耗和生成OH-（H+）的物质的量相等，则溶液的pH由溶液的酸碱性决定，溶液呈碱性则pH增大，溶液呈酸性则pH减小，溶液呈中性则pH不变。

书写下列原电池的电极方程式

1．Cu─H2SO4─Zn原电池

正极：

2H++2e-→H2↑

负极：

Zn-2e-→Zn2+

总反应式：

Zn+2H+==Zn2++H2↑

2．Cu─FeCl3─C原电池

正极：

2Fe3++2e-→2Fe2+

负极：

Cu-2e-→Cu2+　

总反应式：

2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+　

3．钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀

正极：

O2+2H2O+4e-→4OH-

负极：

2Fe-4e-→2Fe2+

总反应式：

2Fe+O2+2H2O==2Fe（OH）2

4．氢氧燃料电池（中性介质）

正极：

O2+2H2O+4e-→4OH-

负极：

2H2-4e-→4H+

总反应式：

2H2+O2==2H2O

5．氢氧燃料电池（酸性介质）

正极：

O2+4H++4e-→2H2O

负极：

2H2-4e-→4H+

总反应式：

2H2+O2==2H2O

6．氢氧燃料电池（碱性介质）

正极：

O2+2H2O+4e-→4OH-

负极：

2H2-4e-+4OH-→4H2O

总反应式：

2H2+O2==2H2O

7．铅蓄电池（放电）

正极（PbO2）：

PbO2+2e-+SO42-+4H+→PbSO4+2H2O

负极（Pb）：

Pb-2e-+SO42-→PbSO4

总反应式：

Pb+PbO2+4H++2SO42-==2PbSO4+2H2O　

8．Al─NaOH─Mg原电池

正极：

6H2O+6e-→3H2↑+6OH-

负极：

2Al-6e-+8OH-→2AlO2-+4H2O

总反应式：

2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑

9．CH4燃料电池（碱性介质）

正极：

2O2+4H2O+8e-→8OH-

负极：

CH4-8e-+10OH-→CO32-+7H2O

总反应式：

CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O

10．熔融碳酸盐燃料电池

（Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液，CO作燃料）：

正极：

O2+2CO2+4e-→2CO32-（持续补充CO2气体）

负极：

2CO+2CO32--4e-→4CO2

总反应式：

2CO+O2==2CO2

11．银锌纽扣电池（碱性介质）

正极（Ag2O）：

Ag2O+H2O+2e-→2Ag+2OH-

负极（Zn）：

Zn+2OH--2e-→ZnO+H2O

　　总反应式：

Zn+Ag2O==ZnO+2Ag

例1．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。

下列说法中不正确的是

A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋

B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO

＋2H2O

C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋

D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋

答案：

C

例2．锌铜原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是

A．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋

B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

C．在外电路中，电流从负极流向正极

D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液

【答案】B

例3．甲醇、空气（含CO2），与碳酸锂熔融盐燃料电池。

甲醇被氧化，因此通甲醇的一极是负极，CO32-参与反应。

负极反应：

正极反应：

总反应：

例4．判断下列原电池的正负极？

并写出正负极电极方程式

例5．固体氧化物燃料电池是由美国西屋（Westinghouse）公司研制开发的。

它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O2－）在其间通过。

该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。

下列判断正确的是（　　）

A．有O2放电的a极为电池的负极

B．有H2放电的b极为电池的负极

C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．该电池的总反应方程式为2H2＋O2

2H2O

答案：

BD

知识点二、发展中的电源

1．锌锰干电池

（1）结构：

锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质。

（2）原理：

锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。

负极发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH

＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O。

（3）缺陷与改进：

锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的腐蚀。

改进措施：

①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。

2．充电电池

（1）充电电池又称二次电池。

充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。

充电电池中能量的转化关系是化学能

电能。

（2）常见的充电电池

①铅蓄电池

负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液，常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。

②镍镉电池

以Cd为负极，NiO（OH）为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。

③碱金属中的Li是最轻的金属，活泼性极强，是制造电池的理想物质。

锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。

3．燃料电池

（1）燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。

（2）燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。

与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。

（3）以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：

负极：

2H2＋4OH－－4e－===4H2O（氧化反应）；

正极：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－（还原反应）；

总反应：

2H2＋O2===2H2O。

例6.燃料电池是燃料（如CO、H2、CH4等）跟氧气（或空气）起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是（　　）

A．负极反应式：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．负极反应式：

CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O

C．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变

D．放电时溶液中的阴离子向负极移动

解析　O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式。

燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根。

所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO

＋7H2O。

由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c（OH－）将减小。

答案　D

例7．燃料电池是目前电池研究的热点之一。

现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示a、b均为惰性电极。

下列叙述不正确的是（　　）

A．a极是负极，该电极上发生氧化反应

B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O

C．总反应的化学方程式为2H2＋O2===2H2O

D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

答案　B

解析　a极通H2为负极，电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O发生氧化反应，A正确；b极通O2为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B不正确；正负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O，C正确；氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源，D正确。

例8．．对化学电源的叙述正确的是（　　）

A．化学电源比火力发电对化学能的利用率高

B．化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位

C．化学电源均是安全、无污染的

D．化学电源即为可充电电池

答案　A

解析　由于是化学能与电能的直接转化，节省了许多中间环节，所以化学电源对化学能的利用率比火力发电高得多，但火力发电仍居世界耗电量的首位；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来严重的污染；有些化学电源是可充电电源（如镍镉电池），有些是不可充电的（如干电池）。

例9．废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。

有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是（　　）

A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气

B．碳棒取出洗净用作电极

C．把铜帽取下洗净回收利用

D．电池内部填有NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥施用

答案　D

解析　虽然氯化铵是一种化学肥料，但电池内部还有其他有害物质，如果用作化肥，会污染土壤，进入生物链后，影响人体健康。

随堂练习：

一、选择题

1．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆-氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2-在其间通过。

该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。

下列判断正确的是（）

①多孔电极a为负极

②a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e-==4OH-

③b极的电极反应式为H2－2e-＋O2-==H2O

④该电池的总反应式为2H2＋O2

2H2O

A．①②B．②④C．②③D．③④

【答案】D

2．下列关于反应4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2↑的叙述中，正确的是

A

．SOCl2既是氧化剂又是还原剂，Li是还原剂

B．若2molSOCl2参加反应，则转移的电子数为8NA（NA表示阿伏加德罗常数的值）

C．若将该反应设计成电池，则SOCl2在正极发生反应

D．若将该反应设计成电池，则可用稀硫酸作电解质溶液

【答案】C

【解析】 Li的化合价升高，作还原剂，SOCl2中S元素的化合价降低，作氧化剂，A项错误；观察反应4Li+2SOCl2═4LiCl+S+SO2可知：

Li由0价升高到+1价，2 mol SOCl2参加反应，需要消耗4molLi，共转移4 mol电子，B项错误；将该反应设计成电池，正极电极反应式为2SOCl2+4e-=4Cl-+S+SO2，则SOCl2在正极发生反应，C项正确；由于Li和SOCl2都易与水反应，电解池应为非水电解质，D项错误。

3．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体，电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2－。

对该燃料的说法正确的是

A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极

B．电池的总反应是：

2C4H10＋13O2

8CO2＋10H2O

C．通入空气的一极是正极，电极反应为：

O2＋4e－＝2O2－

D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：

C4H10＋26e－＋13O2－＝4CO2↑＋5H2O

【答案】C

4．科学家模仿植物的光合作用，开发出了利用太阳光、水及二氧化碳（CO2）合成甲烷（CH4）的人工光合系统,其工作原理如图所示。

下列说法错误的是（）

A．GaN为负极,Cu为正极B．该装置中只存在两种能量的转化

C．GaN电极的电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑D．该装置工作时,H+向Cu电极移动

【答案】B

【解析】A项，如图所示，电子从GaN极流出，所以GaN为负极，Cu为正极，故A正确；B项，该装置中至少涉及太阳能、化学能、电能三

种能量转化，故B错误；C项，如图所示，GaN电极H2O反应

生成O2，根据电子守恒及电解质的特点，电极反应式为：

2H2O-4e-=4H++O2↑，故C正确；D项，原电池工作时阳离子移动到正极，所以H+通过质子交换膜向Cu电极移动，故D正确。

5．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。

电池正极反应为：

A．O2＋4H+＋4e-＝2H2OB．H2＝2H+＋2e-

C．O2＋2H2O＋4e-＝4OH-D．H2＋2OH-＝2H2O＋2e-

【答案】A

6．如图所示的原电池装置中，

X，Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是（

）

A．外电路的电流方向为：

X→外电路→Y

B．若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn

C．若两电极都是金属，则它们的活动性强弱为X＞Y

D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

【答案】C

【解析】试题分

析：

A．电流的方向是正电荷的移动方向，所以外电路的电流方向为：

Y→外电路→X，错误；B．若两电极分别为Zn和碳棒，由于活动性Zn>C，则X为Zn，Y是碳棒，错误；C．若两电极都是金属，根据原电池的构成条件。

活动性强的失去电子，作负极，则它们的活动性为X>Y，正确；D．[X极失去电子，发生氧化反应，Y极上获得电子，发生的是还原反应，错误。

正确

7．据报道，美国正在研究的锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池。

锌电池具有容量大、污染少等优点。

电池反应为2Zn＋O2＝2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气。

下列叙述正确的是（）

A．锌为正极，空气进入负极反应B．负极反应为Zn＋2OH－－2e－＝ZnO＋H2O[Z.X.X.K]

C．正极发生氧化反应D．电解液肯定是强酸

【答案】B

8．某MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸汽，其工作温度为600℃～700℃，所用燃料为氢气，电解质为熔融的K2CO3。

该电池的总反应为：

2H2+O2=2H2O，负极电极反应式为：

H2+CO32——2e—

H2O+CO2。

则下列判断中正确的是（）

A．放电时CO32—向负极移动B．放电时CO32—向正极移动

C．正极反应：

4OH——4e—=2H2O+O2↑D．当电池中生成1mol水时，转移4mol电子

【答案】A

【解析】A、根据原电池工作原理，阴离子（CO32—）向负极移动，故正

确，B、根据A项分析，故错误；C、根据“总反应式－负极反应式＝正极反应式”得该电池的正极反应式为O2+2CO2+4e—=2CO32—，故错误；D、当电池中生成1mol水时，转移2mol电子，故错误。

9．氢氧燃料电池是一种新能源。

下图为氢氧燃料电池示意图。

下列说法不正确的是（）

A．电子由B极通过导线流向A极B．A极是负极，B极是正极

C．该装置能将化学能转化为电能D．产物为无污染的水，属于环境友好电池

【答案】A

【解析】氢氧燃料电池中，氢气发生氧化反应，通氢气的A极为原电池的负极，氧气发生还原反应，通氧气的B极为原电池的正极。

A、电子由负极通过导线流向正极，即由A极通过导线流向B极，故说法错误；B、A极是负极，B极是正极，故说法正确；C、该装置能将化学能转化为电能，故说法正确；D、产物为无污染的水，属于环境友好电池，故说法正确。

10．二甲醚（CH3OCH3）是一种绿色、可再生的新能源。

下图是绿色电源“燃料电池”的工作原理示意图（a、b均为多孔性Pt电极）。

该电池工作时，下列说法错误的是（）

A．a电极为该电池负极

B．O2在b电极上得电子，被氧化

C．电池工作时，a电极反应式：

CH3OCH3—12e-+3H2O=2CO2↑+12H+

D．电池工作时，燃料电池内部H+从a电极移向b电极

【答案】B

二、非选择题

11．铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。

放电时，该电池总反应式为：

Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O

。

请根据上述情况判断：

（1）该蓄电池的负极材料是_________，放电时发生_________（填“氧化”或“还原”）反应。

（2）该蓄电池放电时，电解质溶液的酸性_________（填“增大”、

“减小”或“不变”），电解质溶液中阴离子移向_________（填“正”或“负”）极。

（3）已知硫酸铅为不溶于水的白色固体，生成时附着在电极上。

试写出该电池放电时，正极的电极反应_______________________________________（用离子方程式表示）。

（4）氢氧燃料

电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于铅蓄电池。

若电解质为KOH溶液，则氢氧燃料电池的负极反应式为____________________。

该电池工作时，外电路每流过1×103mole－，消耗标况下氧气_________m3。

【答案】

（1）Pb，氧化；

（2）减小，负；（3）PbO2＋2e－＋SO42-＋4H＋＝PbSO4＋2H2O；

（4）H2－2e－＋2OH－＝2H2O，5.6。

12．依据氧化还原反应：

2A

g

＋（aq）＋Cu（s）＝Cu2＋（aq）＋2Ag（s）设计的原电池如图所示。

请回答下列问题：

（1）电极X的材料是______；电解质溶液Y是________；

（2）银电极为电池的极，发生的电极反应为；X电极上发生的电极反应为_______反应；（填“氧化”或“还原”）

（3）外电路中的电子（填“流出”或“流向”）Ag电极。

（4）当有1.6g铜溶解时，银棒增重______g。

【答案】

（1）Cu，AgNO3；

（2）正，Ag++eˉ=Ag，氧化反应；（3）流向；（4）5.4。

课后作业：

一、选择题

1．下图是氢氧燃料电池构造示意图。

关于该电池的说法，不正确的是（）

A．a极是负极

B．该电池总反应为2H2＋O2

2H2O

C．电子由b通过灯泡流向a

D．氢氧燃料电池是环保电池

2．下列说法中正确的是（）

①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部

②锌锰干电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池

③锂电池是新一代可充电电池

④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功

A．②③④　　B．①②③④

C．①②③D．①③④

3．下列有关电池的说法不正确的是（）

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极　　

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰电池中，锌电极是负极

4.如下图所示为普通锌锰电池（即“干电池”）的组成和结构示意图，其中MnO2的作用是吸收正极放出的H2，下列说法正确的是（）

A．锌是正极，MnO2是负极

B．锌是负极，MnO2是正极

C．锌是正极，石墨是负极

D．锌是负极，石墨是正极

5．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流，电池总反应：

4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3。

下列说法不正确的是（）

A．正极反应式：

2H2O＋O2＋4e－===4OH－

B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极

C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积

D．该电池通常只需要更换铝板就可继续使用

6．燃烧电池是利用燃烧（如H2、CO、CH4等）跟氧气或空气反应，将化学能转化为电能的装置。

电解质溶液是强碱溶液。

下列关于甲烷的燃料电池说法中正确的为（）

　　A．负极反应：

O2+2H2O+4e-=4OH-

　　B．负极反应：

CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O

　　C．随着放电进行，溶液的OH-浓度

　　D．放电时溶液中的阴离子向正极移动

7．关于化学电源的叙述，错误的是（）

A．化学电源均是根据原电池的工作原理设计的

B．在干电池中，碳棒只起导电作用，并不参与化学反应

C．镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限，价格昂贵

D．燃料电池是一种高效、环保的新型化学电源

8．制造地球卫星用到的一种高能电池—银锌蓄电池，其电池的电极反应式为：

2Zn＋2OH－－2e－

2ZnO＋H2↑，Ag2O＋H2O＋2e－

2Ag＋2OH－。

据此判断氧化银是（）

A．负极，并被氧化B．正极，并被还原

C．负极，并被还原D．正极，并被氧化

9．有人预言：

H2是21世纪最理想的能源，其根据不正确的是（）

A．生产H2的原料来源广阔

B．在等质量的可燃气体中，H2燃烧时放出的热量多

C．H2易液化，携带方便

D．燃烧时无污染

10．废旧电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。

有同学想变废为宝，他的以下想法中你认为不正确的是（）

A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气

B．把碳棒取下洗净用作电极

C．把铜帽取下洗净回收利用

D．将废电池中的黑色糊状物用作化肥

二、填空题

1．航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。

氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池反应总式都表示为：

2H2+O2=2H2O。

　　酸式氢氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为：

2H2-4e-=4H+，则其正极反应表示为：

______________________；碱式氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应式表示为：

O2+2H2O+4e-=40H一，

　　则其负极反应式可表示为：

___________。

2．现代社会对耗电量高的便携式电器需求越来越大。

化学家又研制出新型封闭式体积小的充电电池——镍镉电池。

它以镉（Cd）为负极，NiO（OH）为正极，以KOH为电解质，其寿命比铅蓄电池长，广泛应用于收录机，无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。

（1）试写出这种