原电池中电极反应式的书写 洱源一中.doc

原电池中电极反应式的书写云南省洱源县第一中学 张俊杰摘 要：电化学中的电极反应不仅与电极材料有关，而且与电解质溶液有关，是中学化学中的一个比较复杂的问题，因此，如何确定电极反应及怎样书写电极反应方程式也就成了教学中的一个难点，特别是燃料电池电极反应式书写难度较大。关键词：原电池、电极反应、电极反应式一、原电池电极反应（一）原理： 负极反应：失电子，发生氧化反应（一般是负极本身失电子） 正极反应：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） 总反应式（电池反应）= 正极反应式 + 负极反应式（二）电极反应式的书写方法1、先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。 2、注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH-，若电解质溶液为酸性，则H+必须写入正极反应式中，O2生成水。 3、正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的电极反应式，即得到较难写出的电极反应式。二、不同类型原电池电极反应式的书写根据形成原电池的电极材料，我们可以把原电池分为下列三种类型。 1、原电池的一极为活泼金属电极，另一极为不活泼金属电极或惰性电极在这种原电池中，活泼金属电极一定是原电池的负极，直接参与电极反应，失去电子发生氧化反应；不活泼金属电极或惰性电极是原电池的正极，不参与电极反应，电解质溶液中具有氧化性的物质（分子或离子）在该电极上得到电子发生还原反应，使得电解质溶液中的溶质发生变化。如在铜锌原电池中，锌（Zn）为负极失去电子，发生电极反应：Zn2e Zn2+；铜（Cu）为正极，硫酸溶液中的氢离子(H+)在铜极上得到电子，发生电极反应：2H2eH2，电子由锌极流向铜极，溶液中的H向正极移动，溶液的pH增大。例1、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- 3H2 + 6OH- 注意：Al - 3 e- Al3+，此时Al3+在碱性环境中不能稳定存在，会与OH-（过量）结合转化为AlO2-。 2、原电池的一极为活泼金属电极，另一极为具有氧化性的化合物电极 在这种原电池中，活泼金属电极一定是原电池的负极，发生氧化反应；具有氧化性的化合物电极是原电池的正极，得到电子发生还原反应。例2、银锌纽扣电池（电解质溶液为KOH溶液）解析：锌失去电子，发生氧化反应，是电池的负极，负极反应式：Zn2OH2eZnOH2O；Ag2O得到电子，发生还原反应，是电池的正极，正极反应式：Ag2OH2O2e2Ag2OH。3.两极都为惰性电极的原电池（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由可燃性物质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的反应方程式。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，需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。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+ ，O2-会与H+结合成H20，故正极反应式应为：O2+4e-4H+2H2O。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。（1）直接法书写电极反应式：例3、氢氧燃料电池解析：H2、O2燃料电池中反应实质为：2H2+O2 2H2O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：例4、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+4 e-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 + 3O24OH- - 3O2 - 6H2O -12e- 2CO32- + 6H2O - 12OH-调整之后得（负极）：CH3OH8OH- 6 e- CO32- 6H2O例5、由甲烷和氧气以及KOH作电解质溶液构成的燃料电池。解析：CH4 +2O2 CO2 + 2H2O但：CO2在碱性环境中不存在，会与OH-反应生成CO32-CO2 + 2 OH- CO32- + H2O故将、式进行叠加即为总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- CO32- + 3H2O 由于正极反应式为：2O2 + 4H2O + 8 e- 8OH-因负极反应式 总反应方程式 正极反应式，即 得：CH4 + 2O2 + 2OH- - 2O2 - 4H2O - 8 e- CO32- + 3H2O 8 OH-调整之后即可得到负极反应式为：CH410OH- 8e-CO32- 7H