要点诠释:
①在水溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+这些活泼金属阳离子不被还原,这些活泼金属的冶炼往往采用电解无水熔融态盐或氧化物而制得。
② 阴阳离子在两极上放电顺序复杂,与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关,不应将放电顺序绝对化,以上仅是一般规律,有时会有调整。
如电镀锌时,需控制条件,使得电子能力:
Zn2+>H+
2.在阳极:
(1)首先看阳极材料,如果阳极是活泼电极(金属活动顺序表Ag及Ag前的金属单质),则应是阳极失电子,阳极不断溶解,溶液中的阴离子不能失电子。
(2)如果阳极是惰性电极(Pt、Au、石墨),则应是电解质溶液中的阴离子放电(发生氧化反应),应根据离子的放电顺序书写电极反应式。
常见阴离子失去电子被氧化的顺序为:
S2->>I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-。
典型例题
类型一、燃料电池的电极反应式
1、CH3OH和O2在KOH溶液中组成燃料电池,该电池的负极反应式为_____。
2、【答案】CH3OH-6e-+8OH-= CO32-+6H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-
【解析】
第一步:
找氧化还原反应中的对应关系:
氧化剂——还原产物;还原剂——氧化产物。
即:
负极:
CH3OH(还原剂)→CO32-(氧化产物)。
第二步:
分析电子转移的物质的量,CH3OH中碳元素为-2价,CO32-中碳元素为+4价,1molCH3OH转移6mol电子,即负极:
CH3OH→CO32-+6e-。
第三步:
依据电荷原理配平以上电极反应式,缺少的物质从反应介质中寻找。
因为该电池为碱性电池,而且左右相差8mol负电荷,所以应该在左边添加8molOH-。
即:
负极:
CH3OH—6e-+8OH-=CO32-
第四步:
配平质量守恒,使等号两边各原子数相等,等号左边有OH-,则右边缺H2O,所以负极反应式为:
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
同理,正极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-
【总结升华】也可先写出配平的总反应式:
2CH3OH+3O2+4OH—=2CO32—+6H2O和正极反应式:
O2+2H2O+4e-=4OH-,然后用前者减去后者即得出负极反应式。
【变式1】若将例1中的KOH碱性环境变为酸性环境,则该电池的负极反应式为_____。
答案与解析
【答案】CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+
【解析】还原剂为CH4,氧化产物为CO2,在负极1molCH4生成CO2共转移8mol电子,在上题第三步中需要在右边添加8molH+,即负极电极反应式为:
CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+
【变式2】据报道,摩托罗拉公司的一种以甲醇为原料、以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池,充一次电可持续使用一个月。
关于该电池的叙述错误的是
A、放电时,正极反应为:
O2 +4e-+4H+ =2H2O
B、放电时,负极反应为:
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
C、充电时,原电池的负极与电源的正极相连接
D、充电时,阴极反应为:
4OH--4e-=2H2O+O2↑
【答案】B
【解析】放电时,正极是O2得电子,但溶液是碱性的,电极反应式是:
O2+4e-+ 2H2O=4OH-。
充电时,原电池的负极与电源的负极相连接,使发生了氧化反应的原电池的负极被还原,阴极发生的是得电子的还原反应,即:
CO32-+6e-+6H2O=CH3OH+8OH-。
类型二、可充电电池电极反应式的书写
2、镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用,它的充放电反应按下式进行:
Cd+2NiO(OH)+2H2OC
d(OH)2+2Ni(OH)2,写出放电时负极反应式和充电时阴极反应式。
【答案】负极:
Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2;阴极:
Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-。
【解析】
放电时负极反应式为:
Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2;
正极反应式为:
NiOOH-e-+H2O=Ni(OH)2-e-+OH-。
充电时,阳极电极反应式为:
Ni(OH)2-e-+OH-=NiOOH+H2O;
阴极反应式为:
Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-。
【总结升华】放电是原电池反应,充电是电解过程。
放电后负极变成阴极,正极变成阳极。
即:
负极
阴极,正极
阳极。
综观历年高考试题可发现,解可充电电池试题的关键在于能否正确书写放电时的电极反应式。
要正确书写放电时的电极反应式,既要弄清得失电子的物质,还要特别注意电极产物是否与电解质溶液共存,要写出实际存在的电极反应式。
然后根据原电池的负极反应与电解池的阴极反应、原电池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应,即可快速写出充电时的电极反应式。
【变式1】铅蓄电池的电极反应式错误的是:
A.负极:
Pb-2e-=Pb2+;
B.正极:
PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)
C.阳极:
PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq);
D.阴极:
PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)
答案与解析
【答案】A
【解析】放电时负极电极反应式应为:
Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)。
【变式2】高功率Ni/MH(M表示储氢合金)电池已经用于混合动力汽车。
总反应方程式如下:
Ni(OH)2+MNiOO
H+MH
已知,电池使用KOH溶液做电解质溶液;原电池正极反应式为NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-,负极反应式为__________。
【答案】MH+OH--e-=M+H2O
类型三、电解池中的电极反应式
3、写【解析】由于电极材料为石墨,是惰性电极,不参与电极反应,则电极反应式的书写只考虑溶液中的离子放电顺序即可。
移向阳极的阴离子有Cl-和水电离出的OH-,但在阳极上放电的是Cl-;移向阴极的阳离子有Na+和水电离出H+,但在阴极上放电的是H+。
所以上述电解池的电极反应为:
阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑,
阴极:
2H++2e-=H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH-。
出用石墨作电极,电解饱和食盐水的电极反应式。
【变式1】若将上述石墨电极改成铜作电极,试写出电解饱和食盐水的电极反应式。
答案与解析
【答案】阳极:
Cu-2e-=Cu2+,阴极:
2H++2e-=H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH-。
【解析】由于电极材料为Cu,是活泼电极,铜参与阳极反应,溶液中的阴离子不能失电子,但阴极反应仍按溶液中的阳离子放电顺序书写。
该电解池的电极反应为:
阳极:
Cu-2e-=Cu2+,
阴极:
2H++2e-=H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH-。
【变式2】电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图如下图所示(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。
电解时,阳极的电极反应式为__________。
【答案】CO(NH2)2+8OH——6e-=CO32-+N2↑+6H2O
巩固练习
一、选择题(每题有1~2个选项符合题意)
1.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。
锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为:
Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH
下列说法错误的是( )
A.电池工作时,负极电极反应式为:
Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2;
B.电池正极的电极反应式为:
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.电池工作时,阴离子移向负极。
2.微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。
有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH,电极反应为:
Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O;Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-。
根据上述反应式,判断下列叙述中正确的
是( )
A.在使用过程中,电池负极区溶液的pH减小
B.使用过程中,电子由Ag20极经外电路流向Zn极
C.Zn是负极,Ag2O是正极
D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应
3.电子表所用的纽扣电池的两极材料为锌和氧化银,电解质溶液为KOH溶液,其总反应式为:
Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2,下列判断不正确的是( )
A.Zn为负极,电极反应为:
Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2;
B.Ag2O为正极,电极反应为:
Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
C.电池工作时,负极附近溶液的pH减小
D.电池工作时,整个溶液中的OH-离子的物质的量增大
4.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定的放电电压。
高铁电池的总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O3
Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列叙述错误的是
A.放电时负极反应为:
3Zn-6e-+6OH-=3Zn(OH)2
B.放电时正极反应为:
2FeO42-+8H2O+6e-=2Fe(OH)3+10OH-
C.充电时阳极反应为:
2Fe(OH)3+6e-+10OH-=2FeO42-+8H2O
D.充电时阴极反应为:
3Zn(OH)2+6e-=3Zn+6OH-
5.蓄电池在放电时起原电池的作用,在充电时起电解池的作用。
下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应:
下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是( )
A.放电时负极反应式为:
Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2;
B.放电时正极反应式为:
NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-。
C.充电时阴极反应式为:
Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-;
D.电池的电解液为碱性溶液,电池充电过程中,阳极附近溶液的pH升高
6.将两个铂电极插入H2SO4溶液中,向两极分别通入H2和O2,即构成酸性氢氧燃料电池。
下列叙述不正确的是
A.负极反应式为:
2H2-4e-=4H+
B.正极反应式是:
O2+4H++4e-=2H2O
C.负极反应式是:
2H2+4OH--4e-=4H2O
D.正极反应式是:
O2+2H2O+4e-=4OH-
7.将两个铂电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,即构成甲烷燃料电池。
下列叙述不正确的是
A.通入CH4的电极为负极,电极反应式为:
CH4+10OH――8e=CO32-+7H2O
B.正极发生氧化反应,其电极反应式是:
O2+2H2O+4e-=4OH-
C.此电池工作时溶液中阴离子向负极移动
D.该电池使用一段时间后应补充KOH溶液
8.某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极,嵌入锂的碳材料为负极,含Li+导电固体为电解质。
放电时的电池反应为:
Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。
下列说法不正确的是
A.放电时,负极反应为:
Li—e-=Li+
B.放电时,正极反应为:
Li++e-=Li
C.充电时,阳极反应为:
Li2Mn2O4—e-=Li++LiMn2O4
D.充电时,阴极反应为:
Li++e-=Li
9.
下列关于右图装置的说法正确的是
A.若断开K1连接K2,X、Y均为石墨,Z是NaCl溶液,则X附近能得到氢氧化钠
B.若断开K1连接K2,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4溶液,则该装置可用于铜的精炼
C.若断开K2连接K1,X是Cu,Y是Fe,Z是含有空气的海水,则该装置可用于保护Fe
D.若断开K2连接K1,X是Cu,Y是Zn,Z是稀H2SO4,则溶液中的SO42-移向Y极
10.
铅蓄电池的示意图如右图所示。
下列说法正确的是
A.放电时,N为负极,其电极反应式为:
PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O
B.放电时,c(H2SO4)不变,两极的质量增加
C.充电时,阳极反应式为:
PbSO4+2e-=Pb+SO42-
D.充电时,若N连电源正极,则该极生成PbO2
11.
某小组为研究电化学原理,设计如图装置。
下列叙述不正确的是
A.a和b用导线连接时,正极发生的反应:
Cu2++2e- =Cu
B.a和b不连接时,铁片质量会增加,原因是发生:
Cu2++Fe=Cu+Fe2+
C.无论a和b是否连接,铁片均被腐蚀,溶液从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接电源正、负极,Cu电极发生的反应:
4OH-—4e- =2H2O+O2↑
12.用石墨作阳极,Fe作阴极,电解H2SO4溶液,下列说法正确的是
A.阴极反应式为:
O2+4H++4e-=2H2O
B.阳极反应式为:
4OH――4e―=2H2O+O2↑
C.电解后溶液的pH不变
D.电解时SO42—向阳极移动
二、填空题:
1.如图所示,组成一个原电池。
(1)当电解质溶液为稀硫酸时:
①Fe电极是__________(填“正”或“负”)极,其电极反应为____________,该反应是__________(填“氧化”或“还原”)反应;
②Cu电极是__________电极,其电极反应为______________________,该反应是__________反应.
(2)当电解质溶液为足量的稀硝酸时:
①Fe电极是_____极,其电极反应为__________,该反应是_____反应;
②Cu电极是_____极,其电极反应为__________,该反应是_____反应.
2.有人设计以Pt和Zn为电极材料,埋入人体内作为作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。
它依靠跟人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作,试写出该电池的两极反应式。
3.某原电池中,电解质溶液为KOH(aq),分别向负极通入C2H4、CO,分别向正极通入O2,试完成下列问题:
(1)当分别通入C2H4和O2时:
①正极反应:
_______________;
②负极反应:
_______________;
③电池总反应:
________________________;
④溶液pH的变化:
__________(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(2)当分别通入CO和O2时:
①正极反应:
_______________;
②负极反应:
_______________;
③电池总反应:
_______________;
④溶液pH的变化:
_______________.
【巩固练习】 一、选择题
1.C
2.AC
3.D
【解析】从题干中的总反应式可以看出,电池工作时,整个溶液中的离子的OH-物质的量不变。
4.C
【解析】C项,阳极应失电子,反应为:
2Fe(OH)3-6e-+10OH-=2FeO42-+8H2O
5.D
【解析】充电时,阳极反应为:
Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O;阳极附近OH-离子浓度降低,则阳极附近溶液的pH降低。
6.CD
7.B
【解析】B项,正极发生的是还原反应。
8.B
【解析】放电时,正极反应为:
Li++LiMn2O4+e-=Li2Mn2O4
9.D
10.D
【解析】
A项,放电时,N应为正极;B项,放电时,
c(H2SO4)减少;C项,充电时,阳极反应式为:
PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-。
11.D
【解析】D项,a和b分别连接电源正、负极,Cu电极发生的反应为:
Cu—2e-=Cu2+
12.BD
二、填空题
1.
【答案】
(1)①负,Fe-2e-=Fe2+,氧化;
②正,2H++2e-=H2↑,还原。
(2)①负,Fe-3e-=Fe3+,氧化;②正,4H++NO
+3e-=NO↑+2H2O,还原。
2.
【答案】负极:
2Zn-4e-=2Zn2+,正极:
O2+4H++4e-=2H2O。
【解析】
金属铂是相对惰性的,金属锌是相对活泼的,所以锌是负极,Zn失电子成为Zn2+,
而不是ZnO或Zn(OH)2,因为题目已告诉H+参与作用。
正极上O2得电子成为负二价氧,
在H+作用下肯定不是O2-、OH-等形式,而只能是产物水,体液内的H+得电子生成H2似乎不可能。
故发生以下电极反应:
负极:
2Zn-4e-=2Zn2+,正极:
O2+4H++4e-=2H2O。
3.
【答案】
(1)①3O2+12e-+6H2O=12OH- ②C2H4-12e-+16OH-=2CO
+10H2O
③C2H4+3O2+4OH-=2CO
+4H2O ④减小
(2)
(1)①O2+4e-+4H+=2H2O ②2CO-4e-+2H2O=2CO2+4H+
③2CO+O2=2CO2↑ ④不变
高考总复习电极反应式的写法(提高)
典型例题
类型一、燃料电池的电极反应式
1