电化学电极反应式和总反应方程式书写技巧.docx
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电化学电极反应式和总反应方程式书写技巧
电化学电极反应式和总反应方程式书写技巧
电化学电极反应式和总反应方程式书写技巧
李有恒
(滕州一中山东滕州277500)
摘要:
电化学是高中化学中一个重要的知识点,也是高考中一个重要的考点,有关电化学中电极反应式和总反应方程式的书写,是重要的考点,也是难点。
关键词:
电极反应式;总反应方程式
电化学是高中化学中一个重要的知识点,也是高考中一个重要的考点,有关电化学中电极反应式和总反应方程式的书写,是重要的考点,也是难点。
根据自己的教学心得,把有关电极反应式和总反应方程式的书写技巧总结如下。
1化学电源电极反应式和总反应方程式的书写
化学电源的本质是自发进行的氧化还原反应,依据氧化剂、还原剂的来源不同,把化学电源电极反应式和总反应方程式的书写分为以下四种情况:
1.1物质与电解质溶液间的氧化还原反应
特征:
电解质溶液做氧化剂,物质做还原剂(物质可以是负极材料或在负极区加入的具有还原性的物质)。
书写步骤:
写出物质与电解质溶液(足量)间的化学反应方程式,此式即是电池反应的总反应方程式,把总反应方程式改写为离子反应方程式。
写出负极的电极反应式,一般为金属单质,M-ne-===Mn+,考虑Mn+在电解质溶液中的稳定存在形式,若稳定此式即为负极的电极反应式,若不稳定写出相应的离子反应方程式,将两式叠加得负极的电极反应式;其它还原性物质依据具体环境写出相应的负极电极反应式。
用总反应的离子方程式减去负极的电极反应式消去还原剂,得正极的电极反应式。
例1设计如图所示的原电池,试写出电极反应式和总反应方程式。
解析:
此电池负极材料做还原剂,电解质溶液做氧化剂,依据书写步骤可得:
总反应方程式:
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
总反应离子方程式:
2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
Al-3e-===Al3+
Al3++4OH-===[Al(OH)4]-③
②+③,得负极:
Al-3e-+4OH-===[Al(OH)4]-④
—④×2,得正极:
6H2O+6e-===6OH-+3H2↑
1.2两极材料间的氧化还原反应
特征:
负极材料(一般为金属单质)做还原剂,正极材料(一般为金属氧化物)做氧化剂。
书写步骤:
写出两极材料间的基本反应,生成相应的离子,未参与氧化还原的以简单离子形式存在,考虑各种离子在电解质溶液中的稳定存在形式,即各自发生的离子反应,将各式叠加,消去中间离子得总反应的离子方程式。
写出负极的电极反应式,M-ne-===Mn+,考虑Mn+在电解质溶液中的稳定存在形式,若稳定此式即为负极的电极反应式,若不稳定写出相应的离子反应方程式,将两式叠加得负极的电极反应式。
用总反应的离子方程式减去负极的电极反应式消去还原剂,得正极的电极反应方程式。
注:
此类电池一般为可充电电池,充电时的电极反应式和总反应方程式即以上各式的逆反应。
例2铁镍蓄电池又称爱迪生电池,碱性条件下由Fe与Ni2O3组成,试写出电极反应式和总反应方程式。
解析:
此电池负极材料Fe做还原剂,正极材料Ni2O3做氧化剂,依据书写步骤可得:
Fe+Ni2O3===Fe2++2Ni2++3O2-①
电解质溶液为碱性,各离子反应为:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2②
Ni2++2OH-===Ni(OH)2③
O2-+H2O===2OH-④
注:
强酸性条件,O2-+2H+===H2O;中性或碱性条件,O2-+H2O===2OH-。
①+②+③×2+④×3,得总反应方程式:
Fe+Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2⑤
Fe—2e-===Fe2+⑥
②+⑥,得负极:
Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2⑦
⑤—⑦,得正极:
Ni2O3+2e-+3H2O===2Ni(OH)2+2OH-
以上各式的逆反应即为充电时的电极反应式和总反应方程式。
1.3负极材料与外来物质间的氧化还原反应
特征:
负极材料(一般为金属单质)做还原剂,外来物质(一般为O2)做氧化剂。
书写步骤:
写出负极的电极反应式,M-ne-===Mn+,考虑Mn+在电解质溶液中的稳定存在形式,若稳定此式即为负极的电极反应式,若不稳定写出相应的离子反应方程式,将两式叠加得负极的电极反应式。
写出正极的电极反应式,一般为O2
强酸性条件:
O2+4e-+4H+===2H2O
中性或碱性条件:
O2+4e-+2H2O===4OH-
将两极的电极反应式叠加消去电子,得总反应的离子方程式,考虑产物中离子的稳定存在形式,应以稳定的物质写在总反应方程式中。
例3可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极,试写出电极反应式和总反应方程式。
解析:
此电池负极材料Al做还原剂,正极通入空气中的O2做氧化剂,依据书写步骤可得:
负极:
Al-3e-===Al3+
正极:
O2+4e-+2H2O===4OH-
×4+②×3,得:
4Al+3O2+6H2O===4Al3++12OH-,4Al3+与12OH-的稳定存在形式为4Al(OH)3即电池总反应方程式:
4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3。
1.4外来物质间的氧化还原反应
特征:
电极材料和电解质溶液不参与氧化还原反应,外来物质做氧化剂和还原剂。
书写步骤:
写出外来物质间的氧化还原反应方程式,考虑产物能否与电解质(熔融或水溶液,足量)发生反应,若不反应此式即为总反应方程式,若反应,写出相应的化学方程式,两式叠加得电池的总反应方程式,将其改写成离子反应方程式。
写出正极的电极反应式,一般为O2
强酸性条件:
O2+4e-+4H+===2H2O
中性或碱性条件:
O2+4e-+2H2O===4OH-
用总反应的离子方程式减去正极的电极反应式消去氧化剂,得负极的电极反应式。
例4在直接以甲醇为燃料电池中,电解质溶液为NaOH溶液,试写出电极反应式和总反应方程式。
解析:
此电池负极通入的甲醇做还原剂,正极通入空气中的O2做氧化剂,依据书写步骤可得:
2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O①
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O②
+②×2,得总反应方程式:
2CH3OH+3O2+4NaOH===2Na2CO3+6H2O
总反应离子方程式:
2CH3OH+3O2+4OH-===2CO32-+6H2O③
正极:
O2+4e-+2H2O===4OH-④
③—④×3,得负极:
2CH3OH-12e-+16OH-===2CO32-+12H2O
2电解池电极反应式和总反应方程式的书写
本质:
在外接电源作用下的氧化还原反应。
类型:
电解质(熔融或溶液)中阴、阳离子间的电解反应;阳极材料与电解质(熔融或溶液)中阳离子间的电解反应;阴、阳极材料间的电解反应(此类型依据1.2的书写方法)。
书写步骤:
写出电解质(熔融或溶液)中所有电解质的电离方程式。
依据放电顺序写出阴、阳极的电极反应式。
若阳极为活泼电极,M-ne-===Mn+,考虑Mn+在电解质(熔融或溶液)中的稳定存在形式,若稳定此式即为阳极的电极反应式,若不稳定写出相应的离子反应方程式,将两式叠加得阳极的电极反应式;若阳极产物给定,依据质量守恒写出阳极材料与产物间的化学方程式,缺什么物质(一般为O2)补上什么物质,考虑该物质在此环境下的来源方式(O2的来源,强酸性或中性条件:
2H2O===O2+4e-+4H+;碱性条件:
4OH-===O2+4e-+2H2O),将两式叠加得阳极的电极反应式。
将阴、阳极电极反应式叠加,消去电子,考虑参与电极反应的离子若由弱电解质提供,把弱电解质电离方程式的“
”看成“===”后参与叠加,消去电子得电解的总反应离子方程式。
例5工业采取电解饱和食盐水的方法制取氯气,试写出电极反应式和总反应方程式。
解析:
此电解池为电解质溶液中阴、阳离子间的电解反应,依据书写步骤可得:
NaCl===Na++Cl-
H2O
H++OH-①
阳极:
2Cl--2e-===Cl2②
阴极:
2H++2e-===H2③
×2+②+③,得电解的总反应离子方程式:
2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
例6以铝材为阳极,在NaOH溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,试写出电极反应式和总反应方程式。
解析:
此电解池为电解质溶液中阳离子与阳极给定产物的电解反应,依据书写步骤可得:
NaOH===Na++OH-
H2O
H++OH-①
4Al+3O2===2Al2O3②
4OH-===O2+4e-+2H2O③
(②+③×3)/2,得阳极:
2Al-6e-+6OH-===Al2O3+3H2O④
阴极:
2H++2e-===H2⑤
×6+④+⑤×3,得电解的总反应方程式:
2Al+3H2O
Al2O3+3H2↑
注:
单独写电极反应式或总反应方程式做到系数最简,两电极反应式同时书写做到得失电子数目相等。
通过以上事例分析,熟练运用各类型电极反应书写步骤,有利于解决电化学的相关问题,对培养学生综合分析问题的能力起到事半功倍的效果。