电极方程式的书写和常见电源.docx

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电极方程式的书写和常见电源

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：

1.日常所用干电池的电极分别为石墨棒（上面有铜帽）和锌皮,用糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质（其中加入MnO2吸收H2）,电极反应式可简化为Zn-2e-

Zn2+,2N+2e-

2NH3↑+H2↑（NH3与Zn2+能生成

一种稳定的物质）。

根据上述判断,下列结论正确的是（　　）

①锌为正极,石墨为负极　②锌为负极,石墨为正极

③电池工作时,电子由石墨极经过外电路流向锌极

④长时间连续使用时,内装糊状物可能流出,从而腐蚀用电器

A.①③B.②③C.③④D.②④

解析由负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,可判断出①不正确,②正确;在外电路中,电子从负极流向正极,③不正确;长时间连续使用该电池,由于锌皮慢慢溶解而破损,且MnO2不断吸收H2发生反应生成MnO（OH）,使糊状物越来越稀,故其容易流出而腐蚀用电器,④正确。

答案D

2.镍氢电池的总反应式是H2+2NiO（OH）

2Ni（OH）2,根据此反应式判断,此电池放电时,负极发生反应的物质是（　　）

A.NiO（OH）B.Ni（OH）2

C.H2D.H2和NiO（OH）

解析电池放电时,负极发生氧化反应,即失去电子,化合价升高的物质作负极或在负极上反应。

答案C

3.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl2,已知铅蓄电池放电时发生如下反应:

负极:

Pb+S-2e-

PbSO4

正极:

PbO2+4H++S+2e-

PbSO4+2H2O

今欲制得Cl20.050mol,这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是（　　）

A.0.025molB.0.050mol

C.0.10molD.0.20mol

解析要求得硫酸的量,需首先找出铅蓄电池的总反应。

将上述两个电极反应合并可得:

Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O。

而在制取Cl2时,每生成1molCl2,电子转移2mol,现需要转移电子0.050mol×2=0.100mol。

由铅蓄电池总反应可知,每转移0.100mol电子,将消耗0.100mol硫酸。

答案C

4.汽车的启动电源常用铅蓄电池。

其结构如下图所示,放电时的电池反应如下:

PbO2+Pb+2H2SO4

2PbSO4+2H2O。

根据此反应判断下列叙述中正确的是（　　）

A.PbO2是电池的负极

B.Pb是负极

C.PbO2得电子,被氧化

D.电池放电时,溶液酸性增强

解析根据电池反应知放电过程中铅失去电子,因此它是原电池的负极,其电极反应式为Pb+S-2e-

PbSO4,故B项正确;PbO2在放电过程中得到电子被还原,所以它是原电池的正极,因此A、C两项错误;由于原电池放电的过程中消耗硫酸,所以溶液的酸性减弱,故D项错误。

答案B

5.目前,科学家提出了一种经济而且理想的获得氢能源的

循环体系（如图）。

关于此循环体系,下列说法中错误的是（　　）

A.燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能

B.燃料电池中通入H2的一极作负极,发生氧化反应

C.在此循环中发生了反应:

2H2O

2H2↑+O2↑

D.目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂

解析氢氧燃料电池的负极通入H2,发生氧化反应;正极通入O2,发生还原反应,故B项正确;原电池都是将化学能转化为电能的装置,故A项正确;推广氢能的关键是寻找合适的催化剂,利用太阳能分解水,D项正确;水的分解不是可逆反应,C项错误。

答案C

6.如下图所示,可形成氢氧燃料电池。

通常氢氧燃料电池有酸式（当电解质溶液为硫酸时）和碱式[当电解质溶液为NaOH（aq）

或KOH（aq）时]两种。

试回答下列问题:

氢氧燃料电

池示意图

（1）酸式电池的电极反应:

负极　, 

正极　　　　　　　;电池总反应:

　。

（2）碱式电池的电极反应:

负极　, 

正极　　　　　　　;电池总反应:

　。

解析

（1）正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在;酸性条件下与H+结合生成H2O。

负极上,H2失电子变为H+,H+进入电解质溶液。

电池总反应为H2和O2生成水的反应。

（2）正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,碱性条件下与H2O分子结合生成OH-;负极上,H2失去电子变为H+,碱性条件下H+不能大量存在,与OH-结合生成水。

电池总反应也是H2和O2生成水的反应。

答案

（1）2H2-4e-

4H+　O2+4e-+4H+

2H2O　2H2+O2

2H2O

（2）2H2-4e-+4OH-

4H2O　O2+4e-+2H2O

4OH-　2H2+O2

2H2O

7.镍镉可充电电池在现代生活中有着广泛的应用,它的充、放电反应为Cd+2NiOOH+2H2O

Cd（OH）2+2Ni（OH）2。

请回答下列问题:

（1）放电时,还原反应在（填“a”或“b”）极进行,负极的电极反应式为,在放电过程中,正极附近的电解质溶液碱性会（填“增强”或“减弱”）。

（2）镍镉废旧电池必须进行回收并集中处理,最主要的原因是 　。

解析

（1）由题给示意图知,镍镉电池

中,电流方向是由b极流向a极,故a极为负极,b极为正极;放电时,正极发生反应NiOOH+H2

O+e-

Ni（OH）2+OH-,是还原反应;镉在负极发生氧化反应,分两步:

Cd-2e-

Cd2+,Cd2++2OH-

Cd（OH）2,负极反应式为Cd-2e-+2OH-

Cd（OH）2;正极附近电解质溶液的碱性增强,负极附近电解质溶液的碱性减弱。

（2）镍镉废旧电池中残留的Cd2+、Ni2+等重金属离子易对土壤和水源造成污染。

答案

（1）b　Cd-2e-+2OH-

Cd（OH）2　增强

（2）镍镉废旧电池中残留的Cd2+、Ni2+等重金属离子易对土壤和水源造成污染

课后作业：

1.钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应是（）

A.2H++2e-

H2    B.2H2O+O2+4e-

4OH-

C.Fe

Fe2++2e- D.4OH--4e-

2H2O+O2

2.100mL浓度为2molL-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（）

A.加入适量的6molL-1的盐酸B.加入数滴氯化铜溶液

C.加入适量蒸馏水   D.加入适量的氯化钠溶液

3.家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是（）

A.4Fe（OH）2+2H2O+O2

4Fe（OH）3↓ B.2Fe+2H2O+O2

2Fe（OH）2↓

C.2H2O+O2+4e-

4OH-    D.Fe

Fe3+-3e-

4.下列叙述中正确的是（）

A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属

B.由Cu、Zn作电极与CuSO4溶液组成的原电池中Cu是负极

C.马口铁（镀锡铁）破损时与电解质溶液接触的锡先被腐蚀

D.铜锌原电池工作时，若有13g锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过

5.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为硫酸，工作时反应为：

Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O

下列结论正确的是（）

A.Pb为正极被氧化   B.SO42--只向PbO2极移动

C.电解质溶液密度不断减小  D.溶液的pH不断减小

6.燃料电池是燃料（例如CO、H2、CH4等）跟氧气或空气起反应，将此反应的化学能转变为电能的装置，电解质溶液通常是KOH溶液。

下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是（）

A.负极反应式为：

CH4+10OH--8e-

CO32--+7H2O

B.正极反应式为：

2O2+4H2O+8e-

8OH-

C.随着不断放电，电解质溶液碱性不变

D.甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃料的能量利用率大

7.如下图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（）

A.②①③④    B.④③①②  C.④②①③  D.③②④①

8.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电池反应为：

Ag2O+Zn

2Ag+ZnO。

据此判断下列叙述，其中正确的是（）

A.Ag2O是正极，Zn是负极

B.在使用过程中，电池负极区溶液pH减小

C.在使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极

D.Zn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应

9.如下图所示容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是（）

A.④＞②＞①＞③B.②＞①＞③＞④

C.④＞②＞③＞①     D.③＞②＞④＞①

10.铁钉与碳棒用导线连接后，浸入到0.01molL-1的食盐溶液中，可能发生的反应是（）

A.碳棒上放出Cl2  B.碳棒附近产生OH-

C.碳棒上放出O2D.铁钉被氧化

11.燃料电池是一种新型的无污染、无噪音、高效率的汽车动力和发电设备，试解答下列问题：

（1）宇宙飞船上的氢氧燃料电池，其电极反应为2H2-4e-+4OH-

4H2O，O2+2H2O+4e-

4OH-，正极发生的是 反应（填“氧化”或“还原”），总化学反应方程式是。

（2）燃料电池在发电的同时还合成了水，这正好解决了宇航员在太空中饮水的问题。

若电池输出的电流强度为533A，则每小时能合成多少克水？

12.下列图中，铁腐蚀由快到慢的顺序为（电解质溶液为水） 。

13.炒过菜的铁锅未及时洗净（残液中含NaCl）,第二天便出现红棕色的锈斑〔该锈斑为Fe（OH）3失水的产物〕。

试用有关的电极反应式、离子方程式和化学方程式表示Fe（OH）3的生成。

（1）负极  ，正极   。

（2）离子方程式   。

（3）总的化学方程式  。

14.科学工作者为心脏病人设计的心脏起搏器的电池是以Pt和Zn为电极材料，依靠人体内液体中含有的少量溶解的氧气、少量的H+和Zn2+进行工作。

回答下列问题：

（1）正极材料是__________，电极反应是__________。

（2）负极材料是__________，电极反应是__________。

15.Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。

（1）该电池的负极材料是_________。

电池工作时，电子流向_________（填“正极”或“负极”）。

（2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_________。

欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的_________（填代号）。

（）

a.NaOH b.Zn  c.Fed.NH3H2O

16.将用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH3OH（甲醇）和O2，则发生了原电池反应。

该原电池反应的离子方程式为：

2CH3OH+3O2+4OH-

2CO32--+6H2O，写出该原电池中的负极反应式。

答案

1、C2、B3、D4、D5、C6、C7、C8、AB9、A10、BD

11、

（1）还原 2H2+O2

2H2O

（2）每小时合成179.3g水

12、（5）＞（4）＞

（1）＞

（2）＞（3）＞（6）

13、

（1）2Fe

2Fe2++4e-

O2+2H2O+4e-

4OH-

（2）Fe2++2OH-

Fe（OH）2↓

4Fe（OH）2+O2+2H2O

4Fe（OH）3

（3）4Fe+3O2+6H2O

4Fe（OH）3

14、

（1）Pt O2+4H++4e-===2H2O

（2）Zn 2Zn-4e-===2Zn2+

15、

（1）Zn（或锌）正极

（2）锌与还原出的铜形成铜锌原电池而加快锌的腐蚀b

16、2CH