原電池中電極反應式的書寫

2021-02-19 高中學習幫

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,並標出相同數目電子的得失。

2、注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子是否共存。

若不共存,則該電解質溶液中的陰離子應寫入負極反應式;若正極上的反應物質是O2,且電解質溶液為中性或鹼性,則水必須寫入正極反應式中,且O2生成OH-,若電解質溶液為酸性,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,然後在電 子守恆的基礎上,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、有人設計以Pt和Zn為電極材料,埋入人體內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,而只能是產物水,體液內的H+得電子生成H2似乎不可能。故發生以下電極反應:
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),則應是電解質溶液中的離子放電,應根據離子的放電順序進行書寫電極反應式
陽極(惰性電極)發生氧化反應,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+。
(註: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採用電解無水熔融態鹽或氧化物而製得)。

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:由於電極材料為石墨,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:由於電極材料為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-。
(註:陽極產生的Cu2+可與陰極產生的OH-結合成Cu(OH)2沉澱,不會有Cu2+得電子情況發生。)

 

三、可充電電池電極反應式的書寫
可充電電池是聯繫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失電子發生負極反應,產生的Pb2+在H2SO4溶液中結合SO42-生成難溶於水的PbSO4,故其負極反應式為:Pb+SO42--2e-=PbSO4。由電子守恆可知,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溶液中的離子濃度改變,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+的濃度遠大於水電離出來的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,但當電解質溶液發生改變時,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 、注意電解質溶液的酸鹼性改變會引起電極反應的改變
有些電池若改變其電解質溶液的酸鹼性,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溶液的酸鹼性,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+結合生成水,而不再生成OH-(OH-能與H+繼續反應生成水)。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(電子守恆)得:CH4+2H2O-8e-= CO2+8H+。

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