原电池电极反应式的书写maize.pptx

第2讲 原电池2022/12/10 10:29电极反应方程式的书写书写原电池电极反应式的基本思路是什么？负极：还原剂负极：还原剂-n e-=氧化产物氧化产物 （氧化反应）（氧化反应）正极：氧化剂正极：氧化剂+n e-=还原产物还原产物 （还原反应）（还原反应）例1一次电池(碱性锌锰干电池)电池反应式为：Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH负极反应：负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极反应：正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH质疑 1、为什么、为什么负极反应式不写成：负极反应式不写成：Zn-2e-Zn2+而将产物写为而将产物写为Zn（OH)2？2、为什么、为什么MnO2中的氧是与中的氧是与 H2O结合结合生成生成OH-而不是与而不是与H+结合成生成水？结合成生成水？3、如果、如果正极反应式直接书写困难，还正极反应式直接书写困难，还可以用什么方法书写正极反应式？可以用什么方法书写正极反应式？碱性锌锰干电池电池反应式为：Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极反应：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH 由于体系是碱性环境，存在大量的OH-，所以生成的Zn2+立即与OH-反应生成Zn（OH）2;Zn-2e-Zn2+，Zn2+2OH-Zn（OH）2，把两个式子相减得出负极反应式。同理 由于体系是碱性环境，不存在大量的H+与氧结合成水，MnO2 中的氧只能与H2O结合成OH-书写原电池电极反应和电池反应方程式的方法：1.1.准确判断正、负极准确判断正、负极 2.2.兼顾电解质，确定产物兼顾电解质，确定产物 放电后的产物是否与溶液中的溶质反应放电后的产物是否与溶液中的溶质反应 3 3.三守恒，两极相加得总式三守恒，两极相加得总式。质量守恒、电子守恒及电荷守恒质量守恒、电子守恒及电荷守恒“三守恒三守恒”2022/12/10 10:29例2、请写出右边原电池的电极方程式。总反应方程式：负极：Al，失e e-。2Al2Al3+3+8OH+8OH-=2AlO=2AlO2 2-+4H+4H2 2O O 负极总反应：负极总反应：2Al+8OH2Al+8OH-6e6e 2AlO2AlO2 2-+4H+4H2 2O O 正极：总反应负极反应：正极：总反应负极反应：6H6H2 2O O 6e6e 6OH6OH 3H3H2 2 Mg AlNaOH溶液A拆成离子方程式：2Al+2OH+2H2O =2AlO2+3H2根据化合价升降判断正负极2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H22Al -6e2Al -6e 2 2Al3+拓展：1.以以FeFe、CuCu作作为为电电极极，分分别别在在常常温温下下与与稀稀硫硫酸酸、浓浓硝硝酸酸溶溶液液构构成成的的原原电电池池，分分析析它它们们的的电电极极反应。反应。2.2.以以FeFe、CuCu作作为为电电极极，与与氯氯化化钠钠溶溶液液能能否否构构成原电池？如能则分析它们的电极反应。成原电池？如能则分析它们的电极反应。注意注意:1 1、较较活活泼泼金金属属不不一一定定做做负负极极，要要看看哪哪种种金属自发的与溶液某种物质或离子发生反应；金属自发的与溶液某种物质或离子发生反应；2 2、电解质、电解质不一定与电极发生反应。不一定与电极发生反应。2022/12/10 10:29 Cu、Fe作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：Cu作_极,Fe作_极电极反应式是：负极_ 正极_总反应式是_如将稀硫酸改为浓硝酸则：Cu作_极,Fe作_极电极反应式是：负极_ 正极_总反应式是_Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O正负Fe-2e-=Fe2+2H+2e-=H2Fe+H2SO4=FeSO4+H2负正Cu-2e-=Cu2+2NO3-+4H+2e-=2NO2+2H2OCuFe 稀硫酸例题3：浓硝酸例例4 4，如左图所示能，如左图所示能否否形成原电池？形成原电池？负极：负极：负极：负极：2Fe-4e-=2Fe2+正极：正极：正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应式：总反应式：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2电解质电解质NaClNaCl的作用？的作用？注意注意:1 1、较较活活泼泼金金属属不不一一定定做做负负极极，要要看看哪哪种种金金属属自自发发的的与与溶溶液液某某种种物质或离子发生反应；物质或离子发生反应；2 2、电电解解质质不不一一定定与与电电极极发生反应。发生反应。方法方法点拨点拨：写电极方程式的时候，要根据 “得电子显负电；失电子显正电”的原则，利用“电荷守恒”，通过巧用H、OH和H2O写出电极方程式复杂原电池电极方程式的书写复杂原电池电极方程式的书写2022/12/10 10:29例5：写出铅酸蓄电池（二次电池）的电极反应：负极：负极：Pb(s)Pb(s)SO42(aq)2e2e PbSO4(s)正极：正极：PbO2 得电子4H4H(aq)(aq)2H2H2O(l)O(l)正极正极:PbO2(s)SO42(aq)2e2e PbSO4(aq)带带4 4个单位负电荷个单位负电荷 不带电荷不带电荷方案方案1.1.右边加右边加4OH4OH方案方案2.2.左边加左边加4H4HPb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)放电充电2022/12/10 10:29银锌电池（电解质为银锌电池（电解质为KOHKOH）的电池总反应为：）的电池总反应为：ZnZn AgAg2 2O O ZnOZnO 2Ag2Ag写出其正、负极反应。写出其正、负极反应。Zn 2e ZnO 2 OH2 OH H H2 2O O AgAg2 2O O 2e2e 2Ag2AgH H2 2O O 2OH2OH带带2 2个单位正电荷个单位正电荷 不带电荷不带电荷方案方案1.1.右边加右边加2H2H方案方案2.2.左边加左边加2OH2OH方案方案1.1.右边加右边加2OH2OH方案方案2.2.左边加左边加2H2H带带2 2个单位负电荷个单位负电荷 不带电荷不带电荷负极：正极：燃料电池一、氢氧燃料电池氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入 O2，总反应为：2H2+O2=2H2O 1电解质是KOH溶液（碱性电解质）负极发生反应：负极：负极：H H2 2 2e-+2OH 2e-+2OH-=2H=2H2 2O O正极是O2得到电子，即：O2+4e-=2O2-，O2-在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-正极正极：2O2O2-2-+2H+2H2 2O=4OHO=4OH-H2+2e-=2H+,2H+2OH-=2H2O2电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）正极：正极：O O2 2+4H+4H+4e-=2H+4e-=2H2 2O O负极：负极：H H2 2+2e-=2H+2e-=2H+正极：O2得到电子，即：O2+4e-=2O2-，O2-在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2-+2 H+=H2O3.电解质是NaCl溶液（中性电解质）负极：H2+2e-=2H+正极：O2+H2O+4e-=4OH-说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH-3.中性溶液反应物中无H+和OH-4.水溶液中不能出现O2-二、甲烷燃料电池正极发生的反应有：O2+4e-=2O2-O2-+H2O=2OH-正极：O2+2H2O+4e-=4OH-甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH负极发生的反应：CH4 8e-+8OH-=CO2+6H2O CO2+2OH-=CO32-+H2O负极：CH4+10 OH-+8e-=CO32-+7H2O 说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3所以总反应为：CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O。三、甲醇燃料电池 总反应:2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O正极：3O2+12e-+12H+=6H2O 负极：2CH3OH-12e-+2H2O=12H+2CO2甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质：1 碱性电解质（KOH溶液为例）2.酸性电解质（H2SO4溶液为例)总反应式：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O正极：3O2+12e-+6H20=12OH-负极：2CH3OH-12e-+16OH-=2 CO32-+12H2O四、铝空气海水电池负极：4Al12e=4Al3+正极：3O2+6H2O+12e=12OH总反应式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3 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。电源负极材料为：铝电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。说明:铝板要及时更换,铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积2022/12/10 10:29例6 熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质,a极CO为燃气,b极空气与CO2的混合气为助燃气,制得在6500下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:负极反应式:,正极反应式:O2+2CO2+4e-=2CO32-总电池反应 式:.2CO+2 CO32-4e-=4CO22CO+O2=2CO2解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O2=2CO2。用总反应式减去电池正极极反应式，就可得到电池负极极反应式：2CO+2 CO32-4e-=4CO2。2022/12/10 10:29 因为燃料电池正极反应物一律是氧气，因为燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，正极反应式的基础都是应，正极反应式的基础都是O O2 24e-=2O4e-=2O2-2-。O O2-2-的存在形式与燃料电池的的存在形式与燃料电池的电解质电解质的状态的状态和和电解质溶液的酸碱性电解质溶液的酸碱性有着密切有着密切的关系。的关系。燃料电池正极反应式的书写电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）O2-不能单独存在，可供O2-离子结合的微粒有H+和H2O，O2-优先结合H+生成H2O。正极：O24H+4e-=2H2O电解质为中性或碱性电解质溶液（如NaCl溶液、NaOH溶液）O2-也不能单独存在，O2-只能结合H2O生成OH-正极：O22H2O+4e-=4OH-电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混合物）O2-也不能单独存在，O2-可结合CO2生成CO32-正极：O22CO2+4e-=2CO32-电解质为固体电解质（如固体氧化锆氧化钇）该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过正极：O24e-=2O2-