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高中化學:原電池中電極反應式的書寫

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高中化學:原電池中電極反應式的書寫

一、原電池中電極反應式的書寫1、先確定原電池的正負極,列出正負極上的反應物質(zhì),并標出相同數(shù)目電子的得失。 2、注意負極反應生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。 若不共存,則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應寫入負極反應式;若正極上的反應物質(zhì)是O2,且電解質(zhì)溶液為中性或堿性,則水必須寫入正極反應式中,且O2生成OH-,若電解質(zhì)溶液為酸性,則H+必須寫入正極反應式中,O2生成水。      3、正負極反應式相加得到電池反應的總反應式。 若已知電池反應的總反應式,可先寫出較易書寫的電極反應式,然后在電 子守恒的基礎(chǔ)上,總反應式減去較易寫出的電極反應式,即得到較難寫出的電極反應式。 例1、有人設(shè)計以Pt和Zn為電極材料,埋入人體內(nèi)作為作為某種心臟病人的心臟起搏器的能源。它依靠跟人體內(nèi)體液中含有一定濃度的溶解氧、H+和Zn2+進行工作,試寫出該電池的兩極反應式。      解析:金屬鉑是相對惰性的,金屬鋅是相對活潑的,所以鋅是負極,Zn失電子成為Zn2+,而不是ZnO或Zn(OH)2,因為題目已告訴H+參與作用。正極上O2得電子成為負二價氧,在H+作用下肯定不是O2-、OH-等形式,而只能是產(chǎn)物水,體液內(nèi)的H+得電子生成H2似乎不可能。故發(fā)生以下電極反應: 負極:2Zn-4e-= 2Zn2+ 正極:O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 。       二、電解池中電極反應式的書寫 1、首先看陽極材料,如果陽極是活潑電極(金屬活動順序表Ag以前),則應是陽極失電子,陽極不斷溶解,溶液中的陰離子不能失電子。 2、如果陽極是惰性電極(Pt、Au、石墨),則應是電解質(zhì)溶液中的離子放電,應根據(jù)離子的放電順序進行書寫電極反應式 陽極(惰性電極)發(fā)生氧化反應,陰離子失去電子被氧化的順序為:S2->SO32->I->Br ->Cl->OH->水電離的OH->含氧酸根離子>F-。 陰極發(fā)生還原反應,陽離子得到電子被還原的順序為:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>(酸電離出的H+)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(水電離出的H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。 (注:在水溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+這些活潑金屬陽離子不被還原,這些活潑金屬的冶煉往往采用電解無水熔融態(tài)鹽或氧化物而制得)。 例2、寫出用石墨作電極,電解飽和食鹽水的電極反應式。        解析:由于電極材料為石墨,是惰性電極,不參與電極反應,則電極反應式的書寫只考慮溶液中的離子放電順序即可。移向陽極的陰離子有Cl-和水電離出的OH-,但在陽極上放電的是Cl-;移向陰極的陽離子有Na+和水電離出的H+,但在陰極上放電的是H+。所以上述電解池的電極反應為: 陽極:2Cl--2e-= Cl2↑ 陰極:2H++2e-= H2↑或2H2O+2e-= H2↑+2OH-。 若將上述石墨電極改成銅作電極,試寫出電解飽和食鹽水的電極反應式。 解析:由于電極材料為Cu,是活潑電極,銅參與陽極反應,溶液中的陰離子不能失電子,但陰極反應仍按溶液中的陽離子放電順序書寫。該電解池的電極反應為: 陽極:Cu-2e-= Cu2+ 陰極:2H++2e-= H2↑或2H2O+2e-= H2↑+2OH-。 (注:陽極產(chǎn)生的Cu2+可與陰極產(chǎn)生的OH-結(jié)合成Cu(OH)2沉淀,不會有Cu2+得電子情況發(fā)生。)   三、可充電電池電極反應式的書寫 可充電電池是聯(lián)系原電池與電解池的橋梁,它也是電化學知識的重要知識點。放電為原電池反應,充電為電解池反應。原 電池的負極反應與電解池的陰極反應,原電池的正極反應與電解池的陽極反應互為逆反應。只要學生按前面方法能熟練書寫放電(即原電池)的電極反應式,就能很快寫出充電(即電解池)的電極反應式。 例4、鉛蓄電池反應為:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。試寫出放電和充電時的電極反應式。        解析:因為放電為原電池反應:Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4+2H2O。Pb失電子發(fā)生負極反應,產(chǎn)生的Pb2+在H2SO4溶液中結(jié)合SO42-生成難溶于水的PbSO4,故其負極反應式為:Pb+SO42--2e-=PbSO4。由電子守恒可知,其正極反應式為總式減去負極反應式:PbO2+ SO42-+4H++2e-= PbSO4+2H2O。                   充電為電解池反應,其電極反應式書寫是這樣的,陰極反應式為原電池負極反應式的逆反應,即PbSO4+2e-=Pb+SO42-;陽極反應式為原電池正極反應式的逆反應,即PbSO4+2H2O-2e-= PbO2+ SO42-+4H+。 四、特殊情況電極反應式的書寫 在書寫電極反應式時,一定要注意一些特殊情況。 1、注意溶液中的離子濃度的改變會引起離子放電順序的改變?nèi)芤褐械碾x子濃度改變,有時可導致離子放電順序的改變。 例5、在給某鍍件鍍鋅時,電鍍液是飽和ZnCl2溶液,試寫出該電鍍池的電極反應式。 解析:在飽和ZnCl2溶液中,Zn2+的濃度遠大于水電離出來的H+的濃度,所以陰極應是Zn2+放電,而不是H+放電。其電極反應式為:陽極:Zn-2e-=  Zn2+;陰極:Zn2++2e-= Zn。 2、注意電解質(zhì)溶液的改變會引起電極正負的改變     在原電池中,一般較活潑金屬作負極,但當電解質(zhì)溶液發(fā)生改變時,較活潑金屬就不一定作負極了。      例6、將銅片和鋁片用導線相連,分別同時插入稀H2SO4和濃HNO3中,寫出兩池的電極反應式。     解析:在稀H2SO4作電解質(zhì)溶液的原電池中,較活潑的鋁被氧化作負極,銅作正極。其電極反應為: 負極(Al):2Al-6e-=2Al3+; 正極(Cu):6H++6e-= 3H2↑。 在濃HNO3作電解質(zhì)溶液的原電池中,因為Al在濃HNO3中鈍化,較不活潑的銅作負極,其電極反應為:負極(Cu):Cu-2e-= Cu2+;正極(Al):2NO3-+4H++2e-=2 NO2↑+2H2O。但隨著反應的進行,濃HNO3逐漸變稀,正極電極反應又有:NO3-+4H++3e-= NO↑+2H2O。 3 、注意電解質(zhì)溶液的酸堿性改變會引起電極反應的改變 有些電池若改變其電解質(zhì)溶液的酸堿性,雖不會改變電池的正負極,但卻改變了電極反應。 例7、若將例2中的電解質(zhì)KOH溶液改為稀硫酸,其它條件不變,試寫出該電池兩極的電極反應式。        解析:該題雖只改變了電解質(zhì)溶液的酸堿性,但總反應式與例2不相同了,其總反應式為CH4+2O2→CO2+2H2O。這樣,在正極上O2得電子生成的O2-會與稀硫酸中的H+結(jié)合生成水,而不再生成OH-(OH-能與H+繼續(xù)反應生成水)。正極反應式為:2O2+8H++8e- = 4H2O,負極上的反應式則可用總反應式減去正極反應式(電子守恒)得:CH4+2H2O-8e-= CO2+8H+。

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