原电池电极反应式的书写技巧(精)
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原电池电极反应式的书写技巧一般来说,原电池电极反应式的书写应注意一下四点:1.首先判断原电池的正负极如果电池的正负极判断失误,则电极反应必然写错。
一般来说,较活泼的金属失去电子,为原电池的负极,但不是绝对的。
如镁片和铝片插入氢氧化钠溶液中组成的原电池虽然镁比铝活泼,但由于铝和氢氧化钠溶液反应失去电子被氧化,因而铝是负极,此时的电极反应为:负极:2Al-6e-=== 2Al3+正极:6H2O +6e-=== 6OH-+3H2↑ 或2Al3++2H2O +6e-+ 2OH-=== 2AlO2-+ 3H↑2再如,将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时,由于铝在浓硝酸中发生了钝化,铜却失去电子是原电池的负极被氧化,此时的电极反应为:负极:Cu-2e-=== Cu2+正极:2NO3-+ 4H+ +2e-=== 2NO2↑+2H2O2.要注意电解质溶液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-氧燃料电池就分酸式和碱式两种,在酸性溶液中的电极反应:负极:2H2-4e-=== 4H +正极O2 + 4H+ + 4e-=== 2H2O如果是在碱性溶液中,则不可能有H+出现,同样在酸性溶液中,也不能出现OH-。
由于CH4、CH3OH 等燃料电池在碱性溶液中,碳元素是以CO32-离子形式存在的,故不是放出CO2。
3.还要注意电子转移的数目在同一个原电池中,负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数,所以在书写电极反应式时,要注意电荷守恒。
这样可避免在有关计算时产生错误或误差,也可避免由电极反应式写总反应方程式或由总方程式改写电极反应式时所带来的失误。
4.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,只要知道总的反应方程式和其中的一个电极反应式,就可写出另一个电极反应式。
举例分析:【例题1】CH3OH和O2在KOH溶液中组成燃料电池,该电池的负极反应式为_____。
原电池电极反应式的书写技巧对于原电池的初学者,电极反应式的书写是一大难点,如何较轻松的解决这一难点,关键是掌握书写电极反应式的书写技巧。
根据原电池原理可得:负极:失电子发生氧化反应(一般通式:M M n+ + ne-)正极:得电子发生还原反应(一般通式:N + me-N m-)要把电极反应式准确写出,最关键的是把握准总反应,我们可以通过总反应进一步写出电极反应式,即通总反应判断出发生氧化和还原的物质(原电池的条件之一就是自发的发生氧化还原反应),将氧化与还原反应分开,结合反应环境,便可得到两极反应。
一、原电池电极反应式书写技巧1、凡有金属参与的原电池反应一般较活泼金属做负极:如:⑴Mg、Al在酸性(非氧化性酸)环境中构成原电池活泼金属做负极解析:在酸性环境中Mg 比 Al活泼,其反应实质为Mg的析氢蚀:∴负极:Mg → Mg2++2e-正极:2H++2e-→ H2↑总反应式:Mg+2H+=Mg2+H2↑铜锌原电池就是这样的原理。
(2)较活泼金属不一定做负极,要看哪种金属自发发生反应:如:Mg、Al在碱性环境中构成的原电池,相对不活泼的Al做负极解析:在碱性环境中Al 比 Mg活泼,其反实质为Al与碱溶液的反应:2Al+2OH-+6H2O=2AlO2-+3H2↑+4H2O∴负极:2Al + 8OH- →2[Al(OH)4]- +6e-正极:6H2O+6e-→ 3H2↑+6OH-注意:Al-3e-=Al3+,此时Al3+在碱性环境不能稳定存在,会与OH-(过量)结合转化为[Al(OH)4]-。
再如:Fe、Cu常温下在浓H2SO4、HNO3溶液中构成的原电池也是如此。
2、燃料电池:(1)关键是负极的电极反应式书写,因为我们知道,一般的燃料电池大多是可燃性物质与氧气及电解质溶液共同组成的原电池,虽然可燃性物质与氧气在不同的电极反应,但其总反应方程式应该是可燃物在氧气中燃烧。
当然由于涉及电解质溶液,所以燃烧产物可能还要与电解质溶液反应,再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式,从而得到总反应方程式。
原电池电极反应式书写技巧规则原电池电极反应式的书写不仅是电化学教学的重点和难点,更是高考考查的重点和热点之一,现就如何正确书写电极反应式小结如下:一、原电池工作原理原电池反应属于氧化还原反应,区别于一般的氧化还原反应的是:电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的,而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应,电子通过外电路输送到正极上,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移.两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路形成电流,使两个电极反应不断进行,实现化学能向电能的转化.从能量转化角度看,原电池是将化学能转化为电能的装置;从化学反应角度看,原电池是氧化反应、还原反应分别在两个电极上进行.二、原电池构成条件(1)反应为自发的氧化还原反应,这是原电池形成的前提.(2)电极材料:由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)组成.(3)两电极必须浸泡在一定的电解质溶液中.(4)两电极之间形成闭合回路.只要具备以上四个条件就可构成原电池.可以提供持续而稳定的电流.1.电极材料构成:①.活泼性不同的金属.如锌铜原电池,锌作负极,铜作正极;②.金属和非金属(非金属必须能导电).如锌锰干电池,锌作负极,石墨作正极;③.金属与化合物.如铅蓄电池,铅板作负极,二氧化铅作正极;④.惰性电极.如氢氧燃料电池,电极均为铂.2.电解质选择:电解质溶液一般要能与负极材料发生自发的氧化还原反应.3.正负极判断:①.还原剂作负极.负极材料或还原剂在负极材料上失去电子,发生氧化反应;②.氧化剂作正极.正极材料或氧化剂在正极材料上得到电子,发生还原反应.注意电极材料与氧化剂还原剂的关系:电极材料可能是氧化剂和还原剂,也可能是仅起导电作用的材料.电子由负极流出,经外电路流向正极,电流由正极出发经外电路流向负极. 溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极.注意:原电池负极的判断应根据其本质进行判断:较易与电解质溶液反应的电极是原电池的负极,不能一味根据金属的活泼性进行判断.三、原电池电极反应方程式书写规则1.从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成为一个原电池.其中还原剂失电子作电池的负极,氧化剂得电子作电池的正极.2.转移电子数目.根据所含元素在反应前后化合价变化情况而定:负极所含元素化合价升高了几价,一个原子就失去几个电子;正极所含元素化合价降低了几价,一个原子就得到几个电子.3.注意原子得失电子后所产生的新粒子在电解质溶液中存在形式的变化规律.①H+:在中性、酸性溶液中,仍为H+;在碱性溶液中,H+结合OH-生成H2O;②O2-:在酸性溶液中,O2-结合H+生成H2O,O2-+2H+H2O;在中性、碱性溶液中,O2-结合H2O 生成OH-,O2-+H2O2OH-;③CO2:在中性、酸性溶液中,仍为CO2 ;在碱性溶液中,CO2结合OH-生成CO2-3,CO2+2OH-CO2-3+H2O.④金属阳离子:可能会结合电解质溶液中的某些阴离子生成其它离子或难溶性物质.4.原电池的总反应式是正极反应式和负极反应式的叠加和.遵循电子守恒:负极反应失去的电子总数等于正极反应得到的电子总数.5.原电池的总反应式、电极反应式,都必须满足电子守恒、电荷守恒、质量守恒.例1甲烷燃料电池,碱溶液为电解质溶液.解析自发的氧化还原反应为CH4与O2反应.O2为氧化剂得电子参与正极反应,在强碱性溶液中,O2得4e-产生的O2-与H2O结合生成OH-,故正极反应式为:O2+4e-+2H2O4OH-.CH4为还原剂失电子参与负极反应,碳元素化合价由-4价变为+4价,1 mol CH4失去8 mol电子,C转化成CO2在碱性条件下以CO2-3形式存在,产生的H+在碱性条件下结合OH-生成H2O.再根据碳原子守恒(配平CO2-3化学计量数)、电荷守恒(配平OH-化学计量数)、氢原子守恒配平,即可得到负极反应式.或者可用总反应式减去正极反应式(遵循电子守恒)得负极反应式:CH4-8e-+10OH-CO2-3+7H2O.总反应式为为:CH4+2O2+2OH-CO2-3+3H2O.例2铅蓄电池(放电)解析自发的氧化还原反应为Pb和PbO2反应.Pb为还原剂失电子做负极,Pb由0价变为+2价,Pb失去2个电子生成Pb2+,Pb2+结合溶液中的SO2-4生成PbSO4.负极电极反应式为:Pb-2e-+SO2-4PbSO4;PbO2为氧化剂做正极,铅元素化合价由+4价变为+2价,得2e-变为Pb2+,Pb2+结合溶液中的SO2-4生成PbSO4,产生的O2-在酸性溶液中结合H+生成H2O.所以正极电极反应式为:PbO2+2e-+SO2-4+4H+PbSO4+2H2O.总反应式:Pb+PbO2+4H++2SO2-42PbSO4+2H2O.练习1有人设计以Pt和Zn为电极材料,埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源.它依靠跟人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作,试写出该电池的电极反应式.练习2甲醇燃料电池,碱或酸作为电解质,试写出其电极反应式.就打造高三化学高效复习课堂的一点设想。
原电池中电极反应式的书写技巧原电池电极反应式的书写是高中化学学习中的一个重点和难点,对初学者来说常感到无从下手,它又是高考考查的热点,历年高考卷中都有涉及。
本人就这几年教学实践,谈几点有关电极反应式书写方法的体会。
一、书写原则原电池中电极反应属于氧化还原反应,要遵循原子守恒、转移电子守恒及电荷守恒原则。
除此之外,还要特别注意以下两点:加和性原则和共存原则。
加和性原则:两电极反应式相加,消去电子后得电池总反应式。
利用此原则,用电池总反应式减去已知的一电极反应式得另一电极反应方程式,或颠倒相加也可。
如后面例题分析中的例4。
共存原则:如碱性溶液中CO 2不可能存在,也不会有H +参加反应或生成;同样在酸性溶液中,不会有OH -参加反应或生成。
根据此原则,同一物质得失电子后在不同的介质环境中所存在的形式不同。
(如后面例题分析中的例3)二、书写步骤(一)首先确定原电池的正、负极,常见有以下几种情况:1.由两极的相对活泼性确定:相对活泼性较强(针对电解质溶液而言)的金属为负极(一般地,负极材料与电解质溶液要发生反应),相对活泼性较差的金属或导电的非金属等为正极。
但也要具体情况具体分析。
(如例4)2.由电极变化情况确定:若某一电极不断溶解或质量不断减少,该电极发生氧化反应,则此电极为负极;若某一电极上有气体产生、电极的质量不断增加或不变,该电极发生还原反应,则此电极为正极。
3.根据实验现象确定:一般可以根据电极附近指示剂(石蕊、酚酞、湿润的KI-淀粉等)的显色情况来分析推断该电极发生的是氧化反应还是还原反应,是H +还是OH -或I -等放电,从而确定正、负极。
一般而言,负极失电子被氧化,应该产生阳离子或消耗阴离子,使溶液中阴离子移向的一级,其pH值一般降低。
正极得电子被还原,应该是产生阴离子或消耗阳离子,是溶液中阳离子移向的一极,其pH值一般升高。
例如用酚酞作指示剂,溶液变红色的那一极附近溶液的性质为碱性,是H +放电导致c(OH -)>c(H +),H +放电是还原反应,故这一极为正极。
原电池电极反应方程式一、原电池电极反应方程式的书写1、根据原电池发生的氧化还原反应书写正负极反应式及总反应式:负极:氧化反应(失电子)正极:还原反应(得电子)总反应式═负极反应式+正极反应式(对总反应式、负极反应式和正极反应式,只要知其中任两个,就可以通过加或减求第三个)2、注意正负极反应生成的离子与电解质溶液能否共存,若不能共存,则参与反应的物质也要写入电极反应式中。
如O2-不能在溶液中稳定存在,先遇H+必然生成H2O,遇H2O必然生成OH-。
3、注意质量守恒、电荷守恒,电子得失守恒,特别是电子得失守恒,这样可以避免在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。
二、常见原电池电极反应方程式的书写1、锌-铜-硫酸原电池负极: Zn - 2e-═ Zn2+正极:2H++2e-═ H2↑总反应式:Zn+2H+═ Zn2++H2↑2、利用反应Fe + 2FeCl3═ 3FeCl2设计原电池负极: Fe - 2e-═ Fe2+正极: 2Fe3++2e-═ 2Fe2+3、普通锌锰干电池(酸性电池)负极: Zn - 2e-═ Zn2+正极: 2MnO2 + 2NH4+ + 2e-═ 2MnO(OH) + 2NH3总反应式: Zn + 2MnO2 + 2NH4+═ Zn2+ + 2MnO(OH) + 2NH3知多点:电池中MnO2的作用是将正极上NH4+还原生成的H氧化成为水,以免产生H2附在石墨表面而增加电池内阻。
由于反应中锌筒不断消耗变薄,且有液态水生成[2MnO(OH)→Mn2O3+H2O],故电池用久后会变软。
4、碱性锌锰电池,电解质为KOH溶液负极: Zn + 2OH- - 2e-═ Zn(OH)2正极: 2MnO2 + 2H2O + 2e-═ 2MnO(OH) + 2OH-总反应式: Zn + 2MnO2 + 2H2O ═ Zn(OH)2 + 2MnO(OH)5、银锌电池(碱性电池),又称纽扣电池,结构是Ag2O-Zn-KOH负极: Zn + 2OH- - 2e-═ ZnO + H2O 正极: Ag2O + H2O + 2e-═ 2Ag + 2OH-总反应式:Zn + Ag2O ═ 2Ag + ZnO6、铅蓄电池(酸性电池)负极: Pb + SO42- -2e-═ PbSO4正极: PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-═ PbSO4 + 2H2O总反应式: Pb + PbO2 + 2H2SO4═ 2PbSO4 + 2H2O7、碱性镍镉电池:该电池以Cd和NiO(OH)作电极材料,NaOH作电解质溶液。
原电池电极反应式的书写规律和方法【基本原则】电极反应都是氧化还原反应,按照氧化还原方程式的配平步骤配平。
1.总反应为题目中可自发进行的氧化还原反应:①列出还原剂+氧化剂→氧化产物+还原产物②配平升降守恒③根据环境配平电荷④配原子守恒2.负极反应式:①列出还原剂→氧化产物②根据化合价升高数目配平失电子数③根据环境配平电荷④配原子守恒3.正极反应式:①列出氧化剂→还原产物②根据化合价降低数目配平得电子数③根据环境配平电荷④配原子守恒例:某兴趣小组为了提高电池的效率,设计了如图所示的原电池。
请回答下列问题:(1)若X是AlCl3溶液,Y是稀硫酸,请你写出电极名称及电极反应:Al片()。
Cu片()。
(2)若X是浓硝酸,Y是NaCl溶液,请你写出电极名称及电极反应:Al片()。
Cu片()。
1.根据装置判断该电池所依据的化学反应——一定要有可自发进行的氧化还原反应如(1)电极材料为Al和Cu,电解质溶液为AlCl3和稀硫酸,该装置中可自发进行的氧化还原反应为2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑(2)电极材料为Al和Cu,电解质溶液为NaCl和浓硝酸,由于Al遇浓硝酸发生钝化,不能溶解,该装置中可自发进行的氧化还原反应为Cu和浓HNO3的反应2. 列物质,标得失——按照负极失电子,正极得电子,判断出电极反应物和产物,找出得失电子的数量。
如(1)铝失电子变成铝离子进入到X溶液中,铝失去的电子经导线流到铜片表面,Y溶液中的氢离子在铜的表面得电子产生氢气。
注意:X溶液与铜电极并不参加反应。
负极:铝片Al-3e-=Al3+正极:铜片2H++2e-=H2↑(2)铜失电子变成铜离子进入Y溶液中,铜失去的电子经导线流到铝的表面,X溶液中的硝酸根离子在铝的表面得电子产生NO2。
注意:Y溶液和铝电极并不参加反应。
负极:铜片Cu-2e-=Cu2+正极:铝片NO3-+e-=NO2↑(未配平)3.看环境,配守恒——先配电荷守恒再配原子守恒。
原电池中电极反响式的书写一、原电池中电极反响式的书写1、先确定原电池的正负极,列出正负极上的反响物质,并标出一样数目电子的得失。
2、注意负极反响生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。
假设不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反响式;假设正极上的反响物质是O2,且电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反响式中,且O2生成OH-,假设电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反响式中,O2生成水。
3、正负极反响式相加得到电池反响的总反响式。
假设电池反响的总反响式,可先写出较易书写的电极反响式,然后在电子守恒的根底上,总反响式减去较易写出的电极反响式,即得到较难写出的电极反响式。
例1、有人设计以Pt和Zn为电极材料,埋入人体作为作为*种心脏病人的心脏起搏器的能源。
它依靠跟人体体液中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进展工作,试写出该电池的两极反响式。
解析:金属铂是相对惰性的,金属锌是相对活泼的,所以锌是负极,Zn失电子成为Zn2+,而不是ZnO或Zn(OH)2,因为题目已告诉H+参与作用。
正极上O2得电子成为负二价氧,在H+作用下肯定不是O2-、OH-等形式,而只能是产物水,体液的H+得电子生成H2似乎不可能。
故发生以下电极反响:负极:2Zn-4e-= 2Zn2+,正极:O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 。
例2、用金属铂片插入KOH溶液中作电极,在两极上分别通入甲烷和氧气,形成甲烷—氧气燃料电池,该电池反响的离子方程式为:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,试写出该电池的两极反响式。
解析:从总反响式看,O2得电子参与正极反响,在强碱性溶液中,O2得电子生成OH-,故正极反响式为:2O2+4H2O+8e- =8OH-。
负极上的反响式则可用总反响式减去正极反响式〔电子守恒〕得CH4+10OH--8e-= CO32-+7H2O。
二、电解池中电极反响式的书写1、首先看阳极材料,如果阳极是活泼电极〔金属活动顺序表Ag以前〕,则应是阳极失电子,阳极不断溶解,溶液中的阴离子不能失电子。
技法点拨电化学中电极反应式的书写技巧■付延芳高考试题年年新,但在新情境中却会发现有些内容是惊人的相似,抓住这些核心主干知识的考查规律是高考获取高分的秘籍,但是对高考数据分析却发现,学生丢分点拉开差距的并不是那些偏难的内容,恰恰是这些中等难度高频出现的知识点,例如氧化还原反应规律的考查。
探索那些大家必须掌握的高频率高考热点,大道至简,有好的思维模式和突破思路,将大大降低这些考点的难度,提高正确率,今天我们通过氧化还原反应的电化学中电极反应式的书写规律来管中窥豹,旨在“抛砖引玉”。
还原产物CH 4两个半反应:失电子得电子CH -4-8e -+10OH -=CO 2-3+7H 2O2O 2+4H 2O+8e -=8OH --++首先,电化学中电极反应式的书写和氧化还原离子方程式的书写规律是一致的,遵循原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒。
它是一个完整的氧化还原反应同时在两极发生完成的,可以按照上图思维框架来着笔半反应方程式的书写。
同时在书写半反应时要考虑介质环境,这是在配平半反应时所必需的。
一般而言,根据酸性或碱性环境水溶液的判断,要H 2O/OH-或者H 2O/H +来调配才能满足电子、原子和电荷三大守恒关系;根据熔融盐或熔融氧化物等电解质环境,可以用熔融盐或熔融氧化物中的离子等来配平,如Li+、CO 32-、O 2-等。
下面将在规律总结的同时加以说明。
一、原电池中电极反应式的书写先确定原电池的正负极,列出正负极上的反应物质(氧化剂和还原剂),并标出相同数目电子的得失。
然后在主要参与物质氧化剂和还原剂以及得失电子的基础上,通过观察来增加其他物质或离子来配平。
分析历年高考题阅卷统计数据不难发现,细节决定成败,学生丢分点往往是在不起眼的符号“+”和“-”上,其实我认为这恰恰是老师的疏忽所在,如果让学生死记“+”和“-”,肯定要颠三倒四,但是如果讲讲中国汉字的学问,讲讲符号无非是为了理解的方便,从字面上就不难理解“-”为失,“+”为得,那么在书写时准确率就会达到100%,通过这个简单的符号“+”和“-”在高考中得分率并不高,我们就更应该通过推理而不是记忆来学好化学。
电化学中电极反应式的书写技巧电化学中电极反应式的书写不仅是电化学教学的重点和难点,更是高考的热点题型之一,其中,燃料电池电极反应式以及可充电电池电极反应式的书写又是电极反应式书写中的难点。
下面笔者就如何正确书写电极反应式进行了较为详尽的归纳,旨在“抛砖引玉”。
一、原电池中电极反应式的书写1、先确定原电池的正负极,列出正负极上的反应物质,并标出相同数目电子的得失。
2、注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。
若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式;若正极上的反应物质是O2,且电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反应式中,且O2生成OH-,若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,O2生成水。
3、正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。
若已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的书写电极反应式,然后在电子守恒的基础上,总反应式减去较易写出的书写电极反应式,即得到较难写出的书写电极反应式。
例1、有人设计以Pt和Zn为电极材料,埋入人体内作为作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。
它依靠跟人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作,试写出该电池的两极反应式。
解析:金属铂是相对惰性的,金属锌是相对活泼的,所以锌是负极,Zn失电子成为Zn2+,而不是ZnO或Zn(OH)2,因为题目已告诉H+参与作用。
正极上O2得电子成为负二价氧,在H+作用下肯定不是O2-、OH-等形式,而只能是产物水,体液内的H+得电子生成H2似乎不可能。
故发生以下电极反应:负极:2Zn-4e-= 2Zn2+,正极:O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 。
例2、用金属铂片插入KOH溶液中作电极,在两极上分别通入甲烷和氧气,形成甲烷—氧气燃料电池,该电池反应的离子方程式为:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,试写出该电池的两极反应式。
解析:从总反应式看,O2得电子参与正极反应,在碱性性溶液中,O2得电子生成OH-,故正极反应式为:2O2+4H2O+8e- =8OH-。
电极反应式的书写
一、普通原电池 1、书写方法:
负极:R —ne —
=R n+
说明:要考虑R n+是否与电解质溶液中的粒子发生反应 正极:先判断负极材料与电解质溶液是否发生反应
若反应:溶液中氧化性强的粒子(一般为阳离子)得电子 若不反应:判断溶液环境
酸性环境:析氢腐蚀2H + + 2e —
=H 2
中性或碱性环境:吸氧腐蚀O 2 + 2H 2O + 4e — =4OH —
2、书写训练
(1) (2) (3)
(4)
(5) (6)
(7) (8)
负极: 正极: 总:
负极: 正极: 总:
负极: 正极: 总: 负极: 正极: 总:
负极: 正极: 总方程式
负极: 正极: 总方程式
负极: 正极: 总:
负极: 正极: 总:
二、燃料电池
1、书写方法:
第一步:合理预测产物。
原电池电极反应式的书写技巧
对于原电池的初学者,电极反应式的书写是一大难点,如何较轻松的解决这一难点,关键是掌握书写电极反应式的书写技巧。
根据原电池原理可得:
负极:失电子 M M n+ + ne-)正极:得电子 N + me- N m-)
要把电极反应式准确写出,最关键的是把握准总反应,我们可以通过总反应进一步写出电极反应式,即通总反应判断出发生氧化和还原的物质(原电池的条件之一就是自发的发生氧化还原反应),将氧化与还原反应分开,结合反应环境,便可得到两极反应。
一、原电池电极反应式书写技巧
1、凡有金属参与的原电池反应一般较活泼金属做负极:
如:⑴Mg 、Al 在酸性(非氧化性酸)环境中构成原电池活泼金属做负极
解析:在酸性环境中Mg 比 Al活泼,其反应实质为Mg 的析氢蚀:
∴负极:Mg → Mg+2e
正极:2H +2e → H2↑
总反应式:Mg+2H=Mg+H2↑
铜锌原电池就是这样的原理。
(2)较活泼金属不一定做负极,要看哪种金属自发发生反应:
如:Mg 、Al 在碱性环境中构成的原电池,相对不活泼的Al 做负极
解析:在碱性环境中Al 比 Mg活泼,其反实质为Al 与碱溶液的反应:
2Al+2OH+6H2O=2AlO2+3H2↑+4H2O
∴负极:2Al + 8OH→2[Al(OH )4] +6e-
正极:6H 2O+6e→ 3H2↑+6OH
-3+3+-注意:Al-3e =Al,此时Al 在碱性环境不能稳定存在,会与OH (过量)结合转化
-为[Al(OH )4]。
再如:Fe 、Cu 常温下在浓H 2SO 4、HNO 3溶液中构成的原电池也是如此。
2、燃料电池:
(1)关键是负极的电极反应式书写,因为我们知道,一般的燃料电池大多是可燃性物质与氧气及电解质溶液共同组成的原电池,虽然可燃性物质与氧气在不同的电极反应,但其总反应方程式应该是可燃物在氧气中燃烧。
当然由于涉及电解质溶液,所以燃烧产物可能还要与电解质溶液反应,再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式,从而得到总反应方程式。
这一步对大多数学生而言没什么难度。
由于在反应中氧气由0价变为-2价,得电子,即O 2作氧化剂是正极,接下来我们即可写出正极的电极反应式:①若此时电解质溶液为酸性,则反应过程可以理解为:正极上首先发生:O2+4e→2O
2-++
_- 2+ --- ---+2+-2+-由于在酸性环境中大量存在H +故O 会与H 结合成H 20,故正极反应式应为: O2+4e+4H → 2H2O ;②当然若电解质为中性或碱性时,则正极反应式就应只是O 2+4e+2H2O → 4OH。
此时负极的反应式就可以由总电
极方程式减去正极的电极方程式得到(注意此时唯一值得注意的是要将方程式中的氧气抵消掉)。
又称为加减法书写电极反应式:如,熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li 2CO 3和Na 2CO 3的熔融盐混合物作电解质,
CO 为阳极染气,空气与CO 2的混合气为阴极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池。
完成有关的电池反应:阳极电池反应式:2CO
+2CO 3→4CO2+4e 阴极反应式________________;总反应式
____________________________________。
解析:此题中直接书写阴极的电极反应较困难,而总反应式的书写比较容易,在此不妨打破常规,进行逆向思维。
先写出难度较小的总反应式,再根据题给条件的阳极电极反应式书写阴极反应式。
由于阳极气和阴极气反应后生成CO 2不和Li 2CO 3和Na 2CO 3的熔融盐混合物反应,所以总反应式就是2CO +02=2CO 3(2CO +2CO 3→4CO 2+4e )就能得到阴极电极反应式:O 2+4e +CO 2→CO 3
再如:由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池。
解析:CH 3OH+O2→CO 2+H2O ……①
但:CO 2在碱性环境中不存在,会与OH 反应生成CO 3
CO 2+2OH =CO3+H2O ……②
故将①、②式进行叠加即为总反应:
2CH 3OH+3O2+4OH=2CO3+6H2O ……③
由于正极反应式为氧气得电子的反应:O 2+2H2O+4e→4OH ……④由于电解质溶液为碱性,所以正极的产物不再进一步反应,则负极的反应式为总反应方程式减去正极的反应式得到:2CH 3OH+3O2+4OH -3O 2-6H 2O-12e →2CO 3+6H2O-
12OH 调整之后得:CH 3OH +8OH →CO 3+6H 2O +6e
二、跟踪训练
1、我国首创以铝─空气─海水电池为能源的新型海水标志灯。
该灯以海水为电解质溶液,靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。
只要把灯放入海水中数分钟,就会发出耀眼的白光,其能量比干电池高20─50倍,请回答:该电源负极材料是____________,正极材料可以用_________;正极反应:
_______________________________,负极反应:
_____________________________________。
2、如下图所示,组成一个原电池.
-_-2-__2-_-2-_2--2-2-2---2--
(1当电解质溶液为稀硫酸时:
①Fe 电极是__________(填“正”或“负” 极,其电极反应为
________________________,该反应是__________(填“氧化”或“还原” 反应;
②Cu 电极是__________电极,其电极反应为______________________,该反应是__________反应.
(2当电解质溶液为稀硝酸时:
①Fe 电极是_____极,其电极反应为__________,该反应是_____反应.
②Cu 电极是_____极,其电极反应为__________,该反应是_____反应.
3、某原电池中,电解质溶液为KOH(aq,分别向负极通入C 2H
4、C 2H 2或Al(g,分别向正极通入O 2或Cl 2.试完成下列问题:
(1当分别通入C 2H 4和O 2时:
①正极反应:_______________;
②负极反应:_______________;
③电池总反应:________________________;
④溶液pH 的变化:__________(填“增大”“减小”或“不变”,下同.(2当分别通入C 2H 2和O 2时:
①正极反应:_______________;
②负极反应:_______________;
③电池总反应:_______________;
④溶液pH 的变化:_______________.
(3当分别通入Al(g和Cl 2时:
①正极反应:_______________;
②负极反应:_______________;
③电池总反应:_______________;
④溶液pH 的变化:_______________.
参考答案:
1、铝;石墨; 2H 2O +O 2+4e -→4OH -;Al →Al 3++3e -。
+-2、 (1①负Fe →Fe 2+2e 氧化
+-②正 2H +2e →H 2↑ 还原
++-(2①负Fe →Fe 3+3e - (或Fe →Fe 2+2e 氧化
-②正 4H +NO 3+3e →NO ↑+2H 2O 还原+-
2- 3、(1①3O 2+12e +6H 2O →12OH ②C 2H 4+16OH →2CO 3+10H
2O+12e ③C 2H 4----
2-+3O 2+4OH =2CO 3+4H 2O ④减小-
2-(2①5O 2+20e +10H 2O →20OH ②2C 2H 2+28OH →4CO 3+16H 2O+20e ----
2-③2C 2H 2+5O 2+8OH =4CO 3+6H 2O ④减小-
(3①3Cl 2+6e →6Cl ②2Al +6OH →2Al(OH3↓+6e (或2Al +8OH →2[Al (OH )4]------+6e ③3Cl 2+2Al +6OH =2Al(OH3↓+6Cl (或3Cl 2+2Al +8OH =6Cl +[Al(OH )4]+4H 2O ④减小
------。