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电极反应式书写的一般原则

在电化学中电极反应式的书写一般要根据原 电池,电解池工作原理人手。即原电池:负极发生 氧化反应,正极发生还原反应;电解池:阳极发生 氧化反应,阴极发生还原反应。整个过程中得失 电子守恒。按一般思路为:确定电极,再考虑电解 质中阴阳离子的流动情况,排出各极周围微粒放 电顺序,写出电极反应式。但对学生而言,难以理 解和掌握,所以不妨教给书写的一般原则,便于学 生理解和应用。现将书写的一般原则归纳如下:

一、加和性原则

根据得失电子守恒,总反应式应是两个电极 反应式之和,若已知一个电极反应式,可用总反应 式减去一个已知电极反应式得出另一个电极反应式。

例1熔融盐燃料电池具有很高的发电效 率,因而可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物 作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合物 为阴极燃气,制得650℃工作的燃料电池,完成有 关的电极反应式:

阳极反应式:2CO+2CO32=4CO2 +4e- 阴极反应式:O2 +2CO2 +4e-=2CO32

总反应式:2CO + O2=2CO2 解析采用逆向思维,由题意知:阳极气体和 阴极气体反应生成CO2,而CO2又不与Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐混合物反应,所以,总反应式: 2CO + O2 ==2CO2,根据加和性原则,用总反应 式减去阳极电极反应式得出阴极电极反应式:O2 +2CO2 +4e-=2CO32

二、能否共存原则

电极反应式的书写必须考虑介质环境,因为 物质得失电子后在不同的介质环境中所存在的形 式不同。

例2已知原电池总反应式为:CH4 +2O2 ==CO2 +2H2O

(1) 电解质溶液为KOH溶液

(2) 电解质溶液为H2SO4溶液 分别写出该原电池的电极反应式。

解析根据原电池总反应式可知:在反应中 CH4被氧化,O2被还原,则CH4应在负极参加反 应,O2应在正极参加反应,又根据能否共存原则 在碱性溶液中CO2不可能存在,也不可能有大量 H +存在。

故负极反应式为:CH4 +10OH -8e-=CO32 +7H2O

正极反应式为:2O2 + 4H2O+8e-=8OH

若电解质溶液为酸性溶液,根据能否共存原 则,不可能有OH参加反应或生成。

负极反应式为:CH4 +2H2O-8e-=CO2 +8H

正极反应式为:2O2 +8H +8e-==4H2O

三、加氧失氧原则

1. 加氧时就在反应物中加OH或H2O

①在中性或碱性溶液中加OH (2OH==H2O +O2-)

例3 “纽扣”电池以KOH溶液为电解质溶 液,其总反应式:H2O + Zn + Ag2O + H2O =2Ag + Zn( OH)2, 根据加氧原则,负极反应式为:Zn+2OH -2E ==Zn(OH)2

②在酸性溶液中加H2O(H2O=2HO2-) 例4铅蓄电池以H2SO4为电解质溶液,其充电时,总反应式为:2PbSO4 +2H2O ==Pb + PbO2 +2H2SO4 其阳极反应式:PbSO4 +2H2O-2e-=PbO2 +SO42+4H

2.失氧时在反应物中加H2O和H +

①在中性或碱性溶液中加H2O或H(H2O +O2-=2OH)

例5如“钮扣”电池(碱性):正极反应式为:Ag2O + H2O+2e-=2Ag+2OH

②在酸性溶液中加H(2H O2-=H2O)

例6铅蓄电池在放电时的总反应式为:Pb + PbO2 +2H2SO4 ==2PbSO4 +2H2O 其正极反应式为:PbO2 +SO42 +4H +2e-=PbSO4 + 2H2O

四、中性吸氧反应生碱原则

例71991年,我国首创以Al、空气、海水为 原料组成的新型电池,用作航海标志灯。这种海 水电池的能量比干电池高20~50倍,试写出该电 池的电极反应式。

解析此电池是在海水中性环境中通过Al 吸氧而建立起来的。其负极反应式为: Al-3e-=Al3 +;正极反应式为:2H2O + O2 +4e-==4OH

五、自发性原则

如果以较活泼金属(金属活动顺序表中H以 前的)作原电池的电极材料,一般以能自发地与 电解质溶液起反应的电极材料作负极,如果正负 极材料都能与电解质溶液起反应,则较活泼金属 材料作负极。

例8 Mg和Al用导线连接后分别平行插入 到不同的电解质溶液中均能形成原电池,请写出 电解质溶液为(1)稀H2SO4,(2)浓NaOH溶液时的电极反应式为____ 。

解析电解质为稀H2SO4时:Mg和Al都能 与稀H2SO4反应,但Mg比Al活泼,所以,Mg作 负极,Al作正极,电极反应式为:负极:Mg-2e-=Mg2 +;正极:2H+2e-=H2 电解质为浓NaOH溶液时:Mg不能与浓 NaOH溶液反应,而Al为两性金属,能与浓NaOH 溶液反应,所以Al为负极,Mg为正极。

负极反应式为:Al+4OH -3e-==AlO2 +2H2O正极反应式为:2H2O+2e-==H2 +2OH

六、竞争性原则

1.阳极产物的判断

首先看电极,当以较活泼金属(除Pt和Au 外)作电解池的阳极材料时,则电极材料失电子, 电极被溶解。如果是惰性电极(Pt和Au和石 墨),则要看溶液中阴离子的失电子能力,其失电 子能力由强到弱的顺序为:

S2->I>Br >Cl >OH > 含氧酸根〉F

2.阴极产物的判断

直接根据阳离子的放电顺序进行判断,阳离 子的放电顺序:Ag > Hg2+> Fe3+> Cu2+> H > Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> Al3+>Mg2+>Na > Ca2+>K

例9下列关于实验现象的描述不正确的是( )

A. 把铜片和铁片紧靠在一起浸人稀硫酸中, 铜片表面出现气泡

B. 用锌片作阳极,铁片作阴极,电解氯化锌 溶液,铁片表面出现一层锌

C. 把铜片插人三氯化铁溶液中,在铜片表面 出现一层铁

D. 把锌粒放入盛有稀盐酸的试管中,加人几 滴氯化铜溶液,气泡放出速率加快

解析铜、铁是两种活泼性不同的金属,稀硫 酸是电解质溶液,三者共同形成原电池,铁片上发 生氧化反应:Fe-2e-=Fe2+;铜片上发生还原 反应:2H +2e-=H2。故A正确。

B选项中的条件相当于在铁片上镀锌即电镀 池,锌片上发生的反应是:Zn-2e-=Zn2+,铁片上发生的反应是: Zn2++2e-==Zn,理论上氯化锌溶液的浓度不 变,故B选项正确。

Cu+2FeCl3 =2FeCl2 + CuCl2,故 C 选项错误。

Zn + 2HCl =ZnCl2 +H2,向其中加人几滴 氯化铜溶液后,发生反应:Zn + Cu2+=Cu + Zn2+,则铜和锌及电解质溶液形成了原电池,发生 原电池反应,加快了 H2的放出速率,故D项正 确。

其中一 ~三三个原则适用于原电池和电解 池,四和五适用于原电池,在掌握这些原则的基础 上,应该清楚的认识到二池工作的原理,即负氧正 还(原电池),阳氧阴还(电解池),灵活应用原理、 原则去解决实际问题。

(责任编辑:化学自习室)
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