摘要:原电池电极反应式的书写是原电池知识学习的重点和难点,又是考试的热点。书写原电池的电极反应式是原电池原理的进一步深化和发展,同时又能促进对原电池原理的掌握。
关键词:原电池;电极反应;正负极
原电池电极反应式的书写是原电池知识学习的重点和难点,又是考试的热点。书写原电池的电极反应式是原电池原理的进一步深化和发展,同时又能促进对原电池原理的掌握。
那么怎样才能写好原电池的电极反应式呢?掌握技巧至关重要。
一、正确判断原电池的正负极
原电池的正负极的判断是正确书写电极反应式的前提,正负极的判断通常有如下几种方法:
1.由两电极材料的相对活泼性确定:相对活泼性较强(针对电解质溶液而言)的金属为负极(一般情况下,负极材料与电解质溶液要发生反应),相对活泼性较差的金属或导电的非金属等为正极。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。(想一想,在Al-Cu-浓硝酸形成的原电池中的正负极分别是什么?在Al-Cu-稀硝酸形成的原电池中的正负极分别是什么?)
2.根据实验现象确定:一般可以根据电极附近指示剂(如酚酞、石蕊、湿润的KI-淀粉等)的显色情况来分析推断该电极发生的反应情况:是氧化反应还是还原反应,是H+还是OH-或I-等放电,从而确定正、负极。如用酚酞作指示剂,则溶液变红色的那一极附近溶液的性质为碱性,是H+(或O2和H2O)放电导致c(OH-)>c(H+),发生还原反应,故这一极为正极。
3.由电极变化情况确定:发生氧化反应的电极为负极,发生还原反应的电极为负极。若某一电极若不断溶解或质量不断减少,该电极发生氧化反应,则此电极为负极;若某一电极上有气体产生或电极的质量不断增加,该电极发生还原反应,则此电极为正极。如:Zn-Cu-H2SO4溶液构成的原电池中,Cu电极上会产生很多气泡(H2),则Cu为此原电池的正极。
4.根据电子流动方向、电流方向、溶液中离子的移动方向或其它提示来判断原电池的正、负极等等。
二、书写电极反应式的注意事项
原电池的正负极一旦确定,则原电池的电极反应式也随之确定。但书写电极反应式时还需注意以下几点:
1.正负电极反应式中的电子得失数目保持相等。例如Al-Cu-CuSO4构成的原电池的正极反应可表示为:3Cu2++6e-=3Cu,负极反应式为:2Al-6e-=2Al3+。
2.看负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子能否共存,若不能共存,则该电解质溶液中的阴离子也要写入负极的电极反应式中。如Zn-Ag-KOH溶液构成的原电池中,因Zn失去电子生成的Zn2+能与OH-反应,故负极上发生的反应为:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2。
3.要注意电解质溶液的性质。当正极上的反应物质为O2时,若溶液为碱性或中性时,电极反应式中不能出现H+,电极反应式只能为O2+2H2O+4e-=4OH-;若溶液为酸性时,电极反应式中不能出现OH-。
电极反应式为:O2+4H++4e-=2H2O
三、原电池电极反应式的书写步骤
掌握原电池电极反应式的书写方法是关键,现以CH4-O2-KOH燃料电池为例来谈谈原电池电极反应式的书写步骤:
1.写出原电池反应的总化学方程式,如果是离子反应要改写成离子方程式。本题的原电池的总反应为:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,离子方程式为:CH4+2O2+
2OH-=CO32-+3H2O
2.根据总化学方程式并按照电子得失情况,分成氧化反应和还原反应:
氧化反应:CH4-8e-→CO32-
还原反应:2O2+8e-→4OH-
3.氧化反应在负极发生,还原反应在正极发生,同时要注意介质的参与。该原电池的电极反应为:
正极反应:2O2+8e-+4H2O→8OH-
负极反应:CH4-8e-+10OH-→CO32-+7H2O
4.总的化学方程式是正负极电极反应式相加的结果,反过来也可以用总方程式减去已知的任何一电极的电极反应式就得到另一电极的电极反应式。
另外,我们写好原电池的电极反应式后,还要检查是否符合质量守衡、电荷守衡和电子得失守衡等规律。
四、加减法书写原电池的电极反应式
不少原电池的电极反应式较为复杂,很多同学在书写时不知道如何下手。这里向大家介绍一种书写技巧,即用加减法书写原电池的电极反应式。其基本方法为总反应方程式减去一电极反应式得到另一电极反应式。我们的任务是先写出总反应的方程式和较简单的电极反应式,两者相减可得到较复杂的电极反应式。
如:熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池。已知负极电池反应式:2CO+2CO32--4e-→4CO2。则该电池的正极反应式为
。
解题过程中直接书写正极的电极反应相当困难,而总反应式的书写比较容易,在此不妨打破常规,进行逆向思维。先写出难度较小的总反应式,再根据题给条件的负极电极反应式书写正极反应式。由于负极气和阴极气反应后生成CO2不和Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物反应,所以总反应式就是2CO+O2=2CO2-。用其减去负极反应式(2CO+2CO32-→4CO2+4e-),就能得到正极电极反应式为:O2+4e-+CO2→CO32-。
作者：李成刚
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