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谈原电池电极反应式的书写

原电池电极反应式的书写是原电池知识学习的一个重点和难点,但其应用却是高考考查的热点,历年高考卷中都有。如何准确书写原电池的电极反应式呢?下面谈几点经验看法,供参考。

一、原电池电极反应式书写的一般步骤

⑴ 原电池正、负极的确定

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。如:Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中,负极为Mg;但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中,负极为Al。(思考:Al—Cu—HCl溶液、Al—Cu—浓HNO3溶液构成的原电池中的负极分别为什么?)

② 由电极变化情况确定:某一电极若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。如:Zn—C—CuSO4溶液构成的原电池中,C电极上会析出紫红色固体物质,则C为此原电池的正极。

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反应情况,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。如用酚酞作指示剂,则溶液变红色的那一极附近溶液的性质为碱性,是H放电导c(OH)c(H),H放电是还原反应,故这一极为正极。

④ 如两极都是惰性电极(一般用于燃料电池),则可以通过定义和总反应式来分析,发生氧化反应的气体(或对应物质)所对应的一极为负极。如碱性溶液中的甲醇燃料电池,其总反应式为:2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O,CH3OH被氧化,则通入甲醇的一极为负极,通入氧气的一极为正极。

⑤ 如果题目给定的是图示装置,可根据电子流动方向或其它提示来分析正、负极。

⑵ 书写电极反应式

原电池的电极名称一旦确定,则相应电极的电极反应式也随之确定。但书写电极反应式时还需注意以下几点:

① 两极电极反应式中的电子得失数目(一般)保持相等。

② 看负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子能否共存,若不能共存,则该电解质溶液中的阴离子也要写入负极的电极反应式中。如Al-Cu-NaHCO3溶液构成的原电池中,因Al失去电子生成的Al3+能与HCO3反应:Al3++3HCO3=Al(OH)3↓+3CO2↑,故铝件(负极)上发生的反应为:Al-3e-+3HCO3=Al(OH)3↓+3CO2↑,而不是仅仅写为:Al-3e-=Al3+

③ 当正极上的反应物质为O2时(吸氧腐蚀),要注意电解质溶液的性质。溶液为碱性时,电极反应式中不能出现H;溶液为酸性时,电极反应式中不能出现OH。如下面例2。

④ 知道总反应式时,可以先分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),再写出其离子反应方程式;将各反应式看作数学中的代数式,用总反应式减去较易写出一极(一般为负极)的电极反应式,即得另一极的电极反应式。

⑤ 对于可逆电池反应,需要看清楚“充电、放电”的方向,放电过程是体现原电池原理,充电过程是体现电解池原理。

二、例题分析

例1 我国首创以铝-空气-海水电池作为能源的新型海水标志灯,以海水为电解质,靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟,就会发出耀眼的白光。试写出电源正负极材料名称、电极反应式。

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

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。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


(责任编辑:化学自习室)
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