2022年人教高中化学必修二第二章第二节原电池电极反应式的书写技巧 .pdf

第1页原电池 电极反应式的书写技巧原电池反应是在两极上分别发生氧化反应和还原反应，负极上的反应是活动性较强的金属电极被氧化或还原性较强的物质发生氧化反应，正极上的反应是氧化性较强的物质发生得到电子的还原反应。初学原电池，总感到其电极反应很难写，原电池电极反应与一般的氧化还原反应的书写不一样，有它自身的书写方法和技巧。但只要掌握规律，加强练习，还是可以写会的。下面谈谈我书写原电池电极反应的一些体会：1.若知道电池总反应， 根据总反应是两电极反应之和，若能写出某一极反应或已知某一极反应，由总反应减半反应可得另一极反应。例如，铅蓄电池的总反应为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，已知负极反应为： Pb+ SO422e=PbSO4，则正极反应为：。分析 由于电极反应一般写离子方程式，先将电池的总反应改写成离子方程式： Pb+PbO2+4H+2SO42=2PbSO4+2H2O，由总反应减负极半反应可得：Pb+PbO2+4H+2SO42（ Pb+ SO422e）=2PbSO4+2H2OPbSO4，整理可得正极半反应为：PbO2+4H+SO422e=PbSO4+2H2O。若知道电池总反应：氧化剂还原剂+（某介质） =还原产物 +氧化产物 +（另一介质）根据总反应找出氧化剂和氧化产物、还原剂和还原产物，电极反应的总模式是：负极：还原剂 ne=氧化产物正极：氧化剂 ne=还原产物其他参与反应的介质分子或离子，根据配平需要，添加在半反应的反应物或生成物中。2.若电极反应产物是难溶性碱或盐时，负极上一般有阴离子参与反应，若为可逆电池，则正极上有同样的阴离子生成，电解液的浓度基本不变。阳离子一般参与正极反应。参加电极非氧化还原反应的阴、阳离子可依据电解液类型或反应产物确定。例如，镍 -镉蓄电池的总反应为： Cd+2NiO（OH）+2H2O=Cd（OH）2+2Ni（OH）2，要书写电极反应式，首先，应判断电解液类型，由产物可知，电解液一定为碱液，镉被氧化成Cd（OH）2，所以，负极有 OH参加反应。则负极反应为：Cd+2OH2e=Cd（OH）2，正极反应为： 2NiO（OH）+2H2O+2e=2Ni（OH）2+2OH。由于负极上有 2OH参与反应，正极上同样有2OH生成，电解液的浓度基本不变。3.同时书写同一电池两极反应时，应注意两极电子得失数目相等。例如，钢铁的电化学腐蚀，正极反应为：O2+2H2O4e=4OH，则负极反应应写成： 2Fe4e=2Fe2+。4. 电极半反应一般为离子反应，书写电极半反应和书写离子方程式有相似的地方，应考虑反应产物与电解液中的离子能否共存。若不能共存，则按实际产物书写。例如，甲烷与氧气的燃料电池，反应原理为CH4+2O2=CO2+2H2O。若电解液为 KOH溶液，则产物应写成K2CO3。实际的总反应为： CH4+2O2+2KOH= K2CO3+3H2O ，所以，在写负极反应时，产物应写成CO32。即 CH4+10 OH8e= CO32+7H2O 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页第2页5.电池半反应中，存在质量守恒和电荷守恒。书写时应据此配平半反应。电荷的计算方法是：电子带负电，一个电子相当一个单位负电荷，得一个电子相当于加一个负电荷，失去一个电子相当于加一个正电荷。若离子、电子分布在同一边，则电荷的代数和为零；若离子、电子分布在等号的两边，则两边电荷的差为零。因为负极失去电子，正极得到电子，根据电荷守恒，负极通常有较多的阴离子参加反应或有阳离子生成；正极通常有较多的阳离子参加反应或有阴离子生成。例如，丁烷 -空气- K2CO3（其中不含 O2和 HCO3）燃料电池，电池的总反应为： 2C4H10+13O2=8CO2+10H2O，电池的两极反应分别为：正极 ： 13O2+26CO2+52e=26CO32， 负极： 2 C4H10+26 CO32 52e=34CO2+10H2O 6.一般电解液中有水，电极反应是在水溶液中进行，配平半反应时，根据需要，水可作反应物也可作产物。一般是等号左边若有H+或 OH参与反应，则等号右边可能有水生成； 等号左边若有水参与反应，则等号右边可能有H+或 OH生成。例如，氢 -氧燃料电池，总反应为：2H2 +O2=2H2O 若电解液为酸，则两极反应分别为：负极： 2H24e=4H+，正极： O2+4H+4e=2H2O 若电解液为碱，则两极反应分别为：负极： 2H2+4OH4e=4H2O，正极： O2+2H2O +4e=4OH以上是书写电极反应时一些方法和规律，这些方法和技巧也适用于以后所学的电解池中电极反应式的书写。原电池电极反应式的书写练习1. 伏打电池：（负极 Zn、正极 Cu、电解液 H2SO4）负极：正极：总：2. 铁碳电池：（负极 Fe、正极 C、电解液酸性 ) 负极：正极：总：3. 铁碳电池：（负极 Fe、正极 C、电解液中性或碱性 ) 负极：正极：化学方程式4. 铝镍电池：（负极 Al、正极 Ni 电解液 NaCl 溶液、O2) 负极：正极：化学方程式5. 普通锌锰干电池： ( 负极、正极 C 、电解液 NH4Cl、MnO2的糊状物 )负极：正极： 2MnO2+2H+2e-=Mn2O3+H2O ( 还原反应) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页第3页化学方程式：Zn+2NH4Cl+2MnO2=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O 6. 碱性锌锰干电池：（负极、正极 C、 电解液 KOH 、MnO2的糊状物）负极：正极：化学方程式：Zn +2MnO2 +2H2O = Zn(OH)2 +2MnOOH 7. 银锌电池： ( 负极、正极 - 、电解液 NaOH ) 负极 ：正极 ：化学方程式： Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag 8. 铝空气海水 （负极 - 、正极- 石墨、铂网等能导电的惰性材料、电解液- 海水）负极 ：正极 ：总反应式为： 4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3（铂网增大与氧气的接触面）9. 镁- 铝电池（负极- 、正极 - 电解液 KOH ）负极：正极：化学方程式： 2Al + 2OH + 2H2O 2AlO2+ 3H210. 锂电池一型： （负极 - 金属锂、正极 - 石墨、电解液 LiAlCl4 -SOCl2）负极 ：正极 ：3SOCl28eSO322S6Cl化学方程式： 8Li 3SOCl2 = Li2SO3 6LiCl 2S，11. 铅蓄电池：总化学方程式： PbPbO2 + 2H2SO4充电放电2PbSO4+2H2O 放电时负极：正极：12. 铅蓄电池充电时阴极：阳极：13. 电解质是 KOH 溶液（碱性电解质）负极：正极：总：2H2 + O2 = 2H2O 14. 电解质是 H2SO4溶液（酸性电解质）负极：正极：总：2H2 + O2 = 2H2O 15. 电解质是 NaCl溶液（中性电解质）负极：正极：总：2H2+ O2= 2H2O 16. 碱性电解质 （铂为两极、电解液KOH 溶液）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页第4页正极：负极：总反应方程式： 2CH3OH + 3O2 + 4KOH= 2K2CO3 + 6H2O 17. 酸性电解质 （铂为两极、电解液H2SO4溶液）正极：负极：总反应式： 2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O 18. 碱性电解质 （铂为两极、电解液KOH 溶液）正极：负极：总反应方程式： CH4 + 2KOH+ 2O2 = K2CO3 + 3H2O 19. 酸性电解质 （铂为两极、电解液H2SO4溶液）正极：负极：总反应方程式： CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 20. 电解质是熔融碳酸盐（ K2CO3或Na2CO3）正极 ：负极 ：总反应方程式 C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O 电解池及电化学防护1原电池和电解池的比较：装置原电池电解池实例定义借助活泼性不同的两种电极发生的氧化还原反应，将化学能转变为电能的装置。借助外加电流引起的（非自发的）氧化还原反应，将电能转化为化学能的装置。原理利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。在外加直流电源的作用下，电解质的阴阳离子在阴阳两级发生氧化还原反应的过程。形成条件电极：活泼性不同的两种导体相连；电解质溶液：能与电极反应；形成闭合回路；能自发进行的氧化还原反应。电源（直流电源） ；电极（惰性或活性电极）；电解质（水溶液或熔化态）。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页第5页电极名称由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；离子移向阴离子移向阴极，阳离子移向阳极。阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。电极反应负极： Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极： 2H+2e-=H2 （还原反应）阴极： Cu2+ +2e- = Cu （还原反应、得电子）阳极： 2Cl-2e-=Cl2 （氧化反应、失电子）应用抗金属的电化腐蚀；实用电池。电解食盐水（氯碱工业）；电镀（镀铜） ；电冶（冶炼Na、 Mg、Al） ；精炼（精铜） 。2电解反应中反应物的判断放电顺序阴极 :阴极材料总是受到保护（无论是活泼电极还是惰性电极均不参与反应）故溶液中阳离子得电子阳离子得电子顺序 金属活动顺序表的反表：（阳离子放电顺序与浓度有关，并不绝对）Ag+ Hg2+ Cu2+ (H+) Pb2+ Sn2+ Fe2+ Zn2+ Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+K+阳极 A. 若阳极是 活性电极 时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电B. 阳极材料是 惰性电极 (C、Pt、Au、 Ti 等)时：阴离子失电子：S2 I Br Cl （OH）NO3等含氧酸根离子F3电解反应方程式的书写步骤：分析电解质溶液中存在的离子 ；看阳极电极材料，确定阳极参加反应的物质。若阳极材料为活性电极，则电极材料本身放电。若阳极材料为惰性电极，则阳极是溶液中的阴离子按照放电顺序进行放电。确定电极、写出电极反应式；写出电解方程式。如： （阳极材料为惰性电极材料）电解 NaCl 溶液（放氢生碱型） ：溶质、溶剂均发生电解反应，pH 增大。 （活泼金属的无氧酸盐）2NaCl+2H2O 电解=H2 +Cl2 +2NaOH 电解 CuSO4溶液（放氧生酸型） ：溶质、溶剂均发生电解反应，pH 减小。 （不活泼金属的含氧酸盐）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页第6页2CuSO4 + 2H2O电解=2Cu + O2 + 2H2SO4电解 CuCl2溶液（电解电解质本身）：溶剂不变，实际上是电解溶质，pH 增大。 （不活泼金属的无氧酸盐）CuCl2电解= CuCl2电解盐酸（电解电解质本身）： （无氧酸）2HCl 电解= H2 Cl2电解稀H2SO4、NaOH 溶液、 Na2SO4溶液（电解水型）：溶质不变，实际上是电解水， pH 分别减小、增大、不变。酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性,从而加快电解速率（不是起催化作用）。 （含氧酸、强碱和活泼金属的含氧酸盐）阳极： 4OH4e电解=2H2OO2阴极： 4H4e电解=2H2电解方程式：2H2O电解= 2H2 + O2 ，若阳极材料为活性电极，如用铜电极电解Na2SO4溶液 : Cu +2H2O电解= Cu(OH)2 + H2 （注意：不是电解水。 ）4电镀 （电解精炼铜）(1)定义：利用电解原理在某些金属表面镀上已薄层其他金属或合金的方法。其实质是一种特殊情况下的电解。(2)构成： 阴极 :待镀金属制品阳极：镀层金属（粗铜）电镀液：含镀层金属离子的电解质溶液如：在铁制品表面电镀铜：阳极（铜）： Cu 2e= Cu2+阴极（铁制品）：Cu2+ + 2e= Cu 电解精炼铜的结果：阳极上粗铜逐渐溶解，杂质 Ag、Pt等沉积在电解槽的底部，形成 阳极泥（阳极） ，阴极上纯铜逐渐析出。理论上电解质溶液浓度在电镀过程中保持不变（只需更换阴极电极）。5金属的腐蚀(1)概念：金属或合金与周围的物质发生反应而引起损耗的现象。(2)实质：属原子电子变成阳离子的过程即金属发生了反应。(3)类型：根据与金属不同，可分为化学腐蚀 （金属跟接触到的干燥气体如(O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油 )等直接发生而引起的腐蚀）和 电化学腐蚀 （不纯的金属跟精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 7 页第7页电解质溶液接触时，会发生电化学反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化）(4)电化学腐蚀的两种类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性水膜呈中性或酸性很弱或碱性电极反应负极 Fe Fe 2e=Fe2+2Fe4e=2Fe2正极 C 2H 2e=H2O22H2O4e=4OH总反应Fe 2H+=Fe2H22Fe2H2O O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系通常两种腐蚀同时存在，但吸氧腐蚀更普遍。6金属的防护(1)电化学保护牺牲阳极的阴极保护法被保护的金属上连接一种更的金属，被保护的金属作原电池的正极。外加电流的阴极保护法被保护的金属与电源的极相连，作电解池的阴极。(2)其他防护改变金属内部组织结构，如制成不锈钢等。金属表面加保护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 7 页