电极方程式的书写技巧

电极方程式的书写技巧 (1)看图书写 型 给出原电池、电解池的装置图，图中标明了电极材料和电解质溶液，要求写出电极反应方程式或电池总反应方程式或作出其他的回答。 例1 将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中，用导线连接成原电池，写出此原电池工作时的电极反应方程式。 ?根据电极材料、电极上通入的物质和电解质溶液，判断谁能自发地发生氧化还 思路 原反应形成原电池。 ?据发生的化学反应找出化合价升降的物质，失电子的物质应在负极反应，得电子的物质应在正极发生反应。?据发生的氧化还原反应的反应物和产物书写电极反应方程式: 3+-3+-- 负极:Al失去电子成为Al后，电解质溶液中大量的OH与Al反应:2Al,6e，8OH -,2AlO，4HO 22 - 正极:溶液中水电离出的H+得到电子生成H2:6HO，6e-,3H，6OH 22 两电极反应的左右两边分别相加，将OH-还原为NaOH，其总反应方程式为: 2Al，2HO，2NaOH,2NaAlO，3H? 222 例2 写出右装置中的电极反应方程式和总的电池反应方程式 思路 ?有外加电源，该装置一定是电极装置，据电源或其他信息准确判断出电解装置的阴阳极:Cu是阴极，石墨是阳极。 ?在阴极发生反应的应是溶液中的阳离子，在阳极反应的应是除惰性电极外的金属单质和溶液中的阴离子，所以，当阳极材料不参加电极反应时，应找出溶液中的所有阴离子和所有阳离子: 2++-2- 阳离子:Cu H ;阴离子:OH SO(阳极材料石墨是惰性电极) 4 ?比较微粒在阴阳极的放电顺序: 2++2- 阳离子的顺序:Cu>H;阴离子的放电顺序:OH->SO 4 ?放电能力强的微粒先发生电极反应，可书写电极反应方程式: 2+ 阳极:4OH-,4e-,O，2HO 阴极:2Cu，4e-,2Cu 22 -2+ ?将电极反应中的离子还原为原来的物质:OH还原为原来的水，Cu还原为原来的CuSO， 4 -+ 4HO,4e,O，2HO，4H 222 2- ，) 2CuSO，4e-,2Cu，2SO 44 2CuSO，2HO,2Cu，2HSO，O? 42242 规律 电极反应:发生氧化(还原反应)的微粒,(，)ne-，电解质溶液参加反应的微粒,生成物新微粒。 总的电池反应:两个电极反应中的阴阳离子还原为原来的物质和产生的新微粒，再左边右边分别相加，按量消除得失的电子和左右相同的物质，部分阴阳离子重新组合成新的物质。 (2)据总化学反应方程式书写 高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳 例题 定的放电电压。高铁电池的总反应为: 3Zn+2KFeO+8HO , 3Zn(OH)+2Fe(OH)+4KOH 24223 写出充电阳极和放电时正极反应的电极反应方程式。 思路 ?放电过程发生的是原电池的反应，化合价升高的物质失去电子作负极，化合价降低的物质得到电子在正极反应: - Zn的化合价升高，失去电子，应发生负极反应:3Zn,6e-，6OH,3Zn(OH) 2 - KFeO的化合价升高，应在原电池的正极反应:2FeO2-，6e-，8HO,2Fe(OH)，10OH 24423 ?充电过程发生的是电解的反应，化合价升高的物质应在阳极失去电子，化合价降低的物质应在阴极得到电子 其电极反应恰好与原电池的相反: --2- 阳极:2Fe(OH)，10OH,6e-,2FeO，8HO;阴极:3Zn(OH)，6e-,3Zn，6OH 3422 快速书写电极方程式 1、电解电解质本身 2-如CuCl溶液的电解，阳极的书写我们要考虑溶液中的阴离子的放电顺序:SO、24 ----2--OH、Cl、Br、I、S从左到右得电子能力由难到易，所以Cl优先放电:电极方程式: --+2+2Cl ? Cl+2e。阴极的书写我们要考虑，溶液中的阴离子的放电顺序:K、Ca、 2 +2+3+2+2+2+2++2+++Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、H、Cu、Ag、Au的放电从左往右得电子能 2+2+-力由难到易，所以Cu优先放电，电极方程式:Cu+2e ? Cu电极总反应:两个电极配成相同电子后相加即:CuCl = Cu+Cl 22 -+符合这种类型的有:Cl往右的阴离子与H向右的阳离子结合形成的化合物电解时都符合这条规律。 2、电解时相当于电解水 -如NaSO溶液的电解;阳极的书写我们要考虑，溶液中的阴离子的放电顺序，OH24 --2- +2HO+4e。阴极的书写我们要考虑溶液中的阳离子优先SO放电电极方程式:4OH ?O422 +++-的放电顺序，H优先Na放电，电极方程式:2H+2e ?H ，电极总反应:两个电极转移2 电子数相同时，两个电极相加即2HO= 2H +O 。 222 -+符合这种类型的有:OH往左的阴离子与也H往左的阳离子所形成的化合物，电解时都符合这条规律 。 3、电解时放氧生酸型 -2-如CuSO溶液的电解:阳极的书写要考虑溶液中的阴离子的放电顺序:OH优先SO44 --2+放电，电极方程式 4OH ?O+2HO+4e阴极的书写要考虑溶液的阳离子的放电顺序，Cu2 2 +2+-优先H放电，电极方程式:Cu+2e ?Cu。总电极方程式:电子转移相同时两极相加即:2CuSO+2HO=Cu+2HSO+O 42242 -+符合这种类型的有:OH往左的阴离子与H往右的阳离子形成的化合物，也可以看成含氧酸根离子与不活泼金属阳离子所形成化合物。 只要我们抓住这条规律，会达到事半功倍的效果，如有题目:用惰性电极电解AgNO3溶液后，问溶液的PH怎样变化,只要能记住放氧生酸型，自然一眼看出生成酸PH变小，既快速又准确。 4、电解时放氢生碱型 --NaCl溶液的电解:阳极的书写要考虑溶液中的阴离子 的放电顺序，Cl优先OH放电， --++电极方程式:2Cl?Cl+2e阴极的书写要考虑溶液中的阳离子的放电顺序，H优先Na放电，2 +-电极方程式:2H+2e?H 。总电极式的书写要注意，转移电子相同后，我们还要考虑这2 些离子来自于何种物质才能相加，NaCl溶液的电极总方程式:2NaCl+2HO=2NaOH+Cl22 +H，并非直接两种化合物相加，如上面的2HCl=Cl + H 就显然错误了。 2 22 -+符合这种类型的有:OH向右的阴离子和H向左的阳离子形成的化合物。 只要我们能掌握住这几条规律，在平时的练习中有很多题目很快就能做出来:如用惰性电极电解NaCl溶液一段时间后，要使溶液恢复原来状态，应该加何种物质，我们很快判断出符合放氢生碱型，出来H和Cl且要将其生成碱中和掉，故加HCl即可。 22 原电池电极反应方程式的书写 原电池与其他的能源相比有许多的优点，如能量转换率高，供能稳定可靠;可制成各种形状大小，不同容量、电压的电池及电池组;使用方便、易于维护，是现代生产、生活、国防中大量使用的一种能源。正是由于这些原因，高考关于原电池的考题频频出现，电极反应方程式的书写更是考查的重点。 分析近年的高考，电极反应方程式的书写主要有两大类型:一是根据题 年高考试给电池反应方程式书写;二是根据题意文字叙述书写。下面就结合2009题分别说明这两种情况下电极反应方程式的书写。 一、根据题给电池反应方程式书写 例1(07天津卷13) 天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子 +电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO)，充电时，LiCoO中Li被氧化， Li22 迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C)中，以LiC示。电池反应为66 放电CoO+LiC LiCoO+C，下列说法正确的是( ) 2626充电 -+A.充电时，电池的负极反应为LiC-e=Li+C 66+-B.放电时，电池的正极反应为CoO+Li+e=LiCoO 22 C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质 D.锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低 解析:可充电电池放电时发生原电池反应，两个电极称为正、负极;充电时发生电解反应，两个电极称阴、阳极。 该充电电池放电时:CoO+LiC,LiCoO+C，B选项就是考查原电池电极2626 反应方程式的书写。 首先分析元素化合价的变化(如果化合价确定较难，就要充分利用题给信息) +根据题意:充电时，LiCoO中Li被氧化，Li迁移并以原子形式嵌入电池负2 极材料碳(C)中，以LiC表示。可知放电时CoO中+4价的Co变为LiCoO中+36622价的Co，LiC中0价 的 Li变为LiCoO中+1价的Li 62 然后根据原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应的规律，写出两个电极的物质变化，但要注意物质的存在形式。如负极物质变化可表示如下:LiC6+,Li -+分析化合价的变化，此过程中要失去一个电子，可表示如下:LiC-e,Li 6 其次检查方程式左右两边电荷是否相等。上式中左右两边各带一个单位的正电荷。若不相等，就要选择合适的离子配平电荷，但这时要特别注意介质的影响。 +-如酸性介质时，常选H;而碱性介质时，常选OH. 最后，还要检查是否符合质量守恒。 -+所以，负极的电极反应方程式就表示为:负极 LiC-e,Li+ C66 将以上书写电极反应方程式的过程可归纳如下: 列物质，标得失 (列出电极上的物质变化，根据价态变化标明电子得失) 选离子，配电荷 (根据介质选择合适的离子，配平电荷，使符合电荷 守恒) 巧用水，配个数 (通常介质为水溶液，可选用水配平质量守恒) 根据以上的方法，就可写出该电池的正极反应式: +-正极 Li+ CoO +e= LiCoO22 当然，也可由电池反应减去负极反应而得到正极反应。此时必须保证电池反应 转移的电子数等于电极反应转移的电子数。 二、根据题意叙述书写 此类问题常见于燃料电池，由于燃料电池的优点较多，成为了近年高考的方 向。解决此类问题必须抓住一点:燃料电池反应实际上等同于燃料的燃烧反应，但要特别注意介质对产物的影响。 2、(08山东卷29(2))以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通例 入O和CO，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式222-为 ;负极反应为 ;放电时，CO移向电3池的 (填“正极”或“负极”) 解析:燃料电池反应等同于燃料的燃烧反应。此题中，电解质为熔融碳酸盐，不会与CH的燃烧产物CO和HO发生反应，所以电池反应即为:3822 CH+5O=3CO+4HO 38222 根据例1归纳的步骤可分步写出负极反应: -(1) CH-20 e=3CO+4HO (CH中H为+1价，3个C表现-8价) 382238-2-2-) 10 CO+ CH-20 e=3CO+4HO (电解质为熔融碳酸盐，选CO配平电(2338223荷) -2-(3) 10 CO+ CH-20 e=13CO+4HO (质量守恒) 33822-2-10 CO+ CH-20 e=13CO+4HO 所以，负极 33822-2-同理，正极 5O+20 e+10 CO=10 CO(也可由电池反应减去负极反223 应) 结合上述分析，可归纳出如下规律:燃料电池中，燃料始终在负极，发生氧化反应;O在正极发生还原反应。若为有机燃料生成物一般为CO和HO，介质2222-为碱性时CO会反应生成CO;化合价的变化主要分析C的变化。 232-根据原电池中阴离子移向负极，阳离子移向正极的规律，可知CO移向负3极。 电极反应方程式的书写，除了按照步骤，分别保证电子守恒、电荷守恒、质量 守恒外，还应符合离子方程式的书写要求，即难溶、难电离、气体等物质要以化学式表示。 原电池中电极反应式的书写 一、原电池电极反应式的书写 (一)原则: 负极:失电子，发生氧化反应(一般是负极本身失电子) 正极:得电子，发生还原反应(一般是溶液中阳离子在正极上得电子，但也可能是O2在正极上得电子(吸氧腐蚀)，或正极本身得电子) 总反应式(电池反应)= 正极反应式 + 负极反应式 对于可逆电池，一定要看清楚“充电、放电”的方向。放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。 (二)具体分类判断 1.第一类原电池:?两个活泼性不同的电极(金属与金属、金属与石墨碳棒、金属与难溶金属氧化物);?电解质溶液，至少要能与一个电极发生有电子转移的氧化还原反应，一般是置换反应;?两电极插入电解质溶液中且用导线连接。 方法:先找出两极相对活泼性，相对活泼的金属作负极，负极失去电子发生氧化反应，形成阳离子进入溶液;较不活泼的金属作正极，溶液中原有的阳离子按氧化性强弱顺序在正极上得到电子还原反应，析出金属或氢气，正极材料不参与反应。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(Mg与NaOH溶液不反应，Al是两性金属，可以与NaOH溶液反应)。再分析进入溶液的微粒能否在电解质环境中存在 (得失电子不能同时在同极上发生)，不能存在时应考虑其与电解质之间的后续反应。 如:Mg、Al在碱性环境中构成的原电池 解析:在碱性环境中Al 比 Mg活泼，其反实质为Al与碱溶液的反应:2Al+2OH-+6H2O=2AlO2-+3H2?+4H2O ?负极:2Al - 6e- + 8OH- = 2AlO2- + 4H2O 正极:6H2O + 6e- =3 H2? + 6OH- 注意:Al-3e-=Al3+，此时Al3+在碱性环境不能稳定存在，会与OH-(过量)结合转化为AlO2- 2.第二类原电池:? 两个活动性不同的电极; ?任何电解质溶液( 酸、碱、盐皆可);? 形成回路。 这类原电池的特点是电极与电解质溶液不发生置换反应，电解质溶液只起导电作用。正极一般是吸氧腐蚀的电极反应式:O2，2H2O，4e- , 4OH,。微电池(即若干微小的原电池)为不正规的原电池。合金或不纯的金属在潮湿空气中就能形成微电池。电化学腐蚀即微电池腐蚀，依然是原电池原理。一般原电池和微电池的区别在于前者中两个电极不直接接触，故前者电流是在导线中流动，而后者电流是在金属体内部流过。微电池腐蚀分为析氢腐蚀(发生在酸性较强的溶液里，正极上H+被还原)和吸氧腐蚀 (发生在中性、碱性或极弱酸性溶液里，正极上是氧气被还原:O2，2H2O，4e- ,4OH,)。 3.燃料电池: 燃料电池的电极反应(主要是负极的电极方程式)是一个难点。我们知道，一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体)与氧气及电解质溶液共同组成的原电池，虽然可燃性物 质与氧气在不同的电极反应，但其总反应方程式是可燃物在氧气中燃烧。由于涉及电解质溶液，所以燃烧产物可能还要与电解质溶液反应，再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式，从而得到总反应方程式。由于在反应中氧气由0价变为,2价，所以肯定是O2得电子，即O2作氧化剂是正极，即可写出正极的电极反应式:O2+4e+2H2O=4OH_ ? (该反应式为常见的绝大多数燃料电池的正极反应式)。若此时电解质溶液为酸性，则反应过程可以理解为:正极上首先发生: O2+4e-=2O2- 由于在酸性环境中大量存在H+ 故O2-会与H+结合成H20，故正极反应式应为:O2+4 e-，4H+,2H2O ?若电解质为中性或碱性时，则正极反应式就只是?。此时负极反应式就可由总电极方程式减去正极的电极方程式得到(注意要将方程式中的氧气抵消掉)。 (1)直接法书写电极反应式:(以氢氧燃料电池为例) 解析:H2、O2燃料电池中反应实质为:2H2+O2=2HO 电极上H2-2e-=2H+ O2+4e-=2O2+ 在不同环境中H+、O2-会与电解质发生不同的反应，故电极反应也相应不同: ?、酸性环境中:H+能稳定存在，O2-会与H+结合成H20， 负极:2H2-4e-=4H+ 正极:O2+4H++4e-=2H2O ?、碱性环境中:H+不能稳定存在会与OH-结合成水，而O2-也不能稳定存在会与水结合形成OH- 负极:2H2-4e-+4OH-=4H20 正极:O2+2H2O+4e-=4OH- ?、中性环境中:H+能稳定存在:02-会与H20结合成OH-: 负极:2H2-4e-=4H+ 正极:O2+2H20+4e-=4OH- ?、在能传导O2-的固体电解质中:由于O2-能存在，而H+会与固体电解质中O2-结合形成水 负极:2H2-4e-+2O2-=2H2O 正极:O2+4e-=2O2- (2)加减法书写电极方程式: 由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池。 解析:CH3OH+O2?CO2+H2O……? 但:CO2在碱性环境中不存在，会与OH-反应生成CO32- CO2+2OH_ =CO32-+H2O……? 故将?、?式进行叠加即为总反应: 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O ……? 由于正极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH_……? 由于电解质溶液为碱性，所以正极的产物不再进一步反应，则负极的反应式为总反应方程式减去正极的反应式得到: 2CH3OH+3O2，4OH_ -3O2-6H2O -12e-=2CO32-+6H2O-12OH_ 调整之后得(负极):CH3OH，8OH_ ,6e-,CO32-，6H2O