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原电池知识是中学化学理论的重点之一,其中涉及原电池电极的判断与电极反应式书写内容的考题在历年的高考试卷中经常出现.总结近几年各地高考题中对电极反应式书写的考查,可以发现试题类型可谓多样、题目情形可谓标新立异,不论哪种类型,按照下列方法均能快速正确书写电极反应式.
第一步:找出化合价的变化,负极找化合价的升高,失电子的数目,正极找化合价的降低,得电子的数目并按照总反应的反应物、产物书写出来;
第二步:找电荷的守恒,根据电解质溶液判断在化学方程式的两边添上合适的H+,OH-等;
第三步找原子守恒.下面结合各种电池书写电极方程式.
例1锌银电池――一次电池
总反应式:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag.
写出两极反应
解析负极反应:第一步:判断化合价.Zn化合价升高2价,则Zn-2e-――Zn(OH)2第二步:根据电解质溶液找电荷的守恒.左边-2e-即2个正电荷,右边不带电,所以根据电解质不为酸性环境而在左边加2个OH-,即Zn-2e-+2OH-――Zn(OH)2第三步左右两边元素已守恒.Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2
正极反应:第一步:判断化合价.Ag2O中Ag化合价降低,则Ag2O+2e-――Ag第二步:根据电解质溶液找电荷的守恒.左边2e-即2个负电荷,右边不带电,所以结合电解质溶液在右边边加2个OH-,即Ag2O+2e-――Ag+2OH-第三步根据元素守恒在左边添上一分子水,即Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-
答案:负极反应:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2;
正极反应:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-;
例2铅蓄电池――二次电池
铅蓄电池总反应式:
Pb+PbO2+2H2SO4放电充电2PbSO4+2H2O
写出放电过程的两极反应
解析负极反应:第一步:判断化合价.Pb化合价升高2价,则Pb-2e-――PbSO4第二步:根据电解质溶液找电荷的守恒.左边-2e-即2个正电荷,右边不带电,所以根据电解质溶液要在左边加2个负电荷或右边2个正电荷,第三步元素守恒得知在左边添SO2-4即Pb+SO2-4-2e-PbSO4正极反应:
第一步:判断化合价.PbO2中Pb化合价降低,则PbO2+2e-+SO2-4――PbSO4
第二步:根据电解质溶液找电荷的守恒.左边4个负电荷,右边不带电,所以结合电解质溶液在左边边加4个H+即PbO2+4H++SO2-4+2e-――PbSO4;
第三步根据元素守恒在右边添上二分子水,PbO2+4H++SO2-4+2e-PbSO4+2H2O;
答案:负极反应:Pb+SO2-4-2e-PbSO4;
正极反应:PbO2+4H++SO2-4+2e-PbSO4+2H2O;
练习:高铁电池(负极―Zn,正极―石墨,电解质为浸湿的固态碱性物质)已知:
3Zn+2K2FeO4+8H2O放电充电3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH
请书写放电过程中电极反应
解析负极:第一步:3Zn-6e-――3Zn(OH)2
第二步电荷守恒和原子守恒可得出
3Zn-6e-+6OH-3Zn(OH)2;
正极:第一步2FeO2-4+6e-――2Fe(OH)3
第二步电荷守恒2FeO2-4+6e-――2Fe(OH)3+10OH-
第三步原子守恒2FeO2-4+6e-+8H2O2Fe(OH)3+10OH-
答案:负极:3Zn-6e-+6OH-3Zn(OH)2;
正极:2FeO2-4+6e-+8H2O2Fe(OH)3+10OH-.
例3氢氧燃料电池总反应式2H2+O22H2O
酸性环境中:负极:2H2-4e-4H+
正极:第一步O2+4e-――2H2O
第二步O2+4H++4e-――H2O
第三步O2+4H++4e-2H2O
碱性环境中:负极:第一步2H2-4e-――H2O
第二步左边四个正电荷,所以在左边添四个OH-即2H2+4OH--4e-――H2O
第三步根据元素守恒2H2+4OH--4e-4H2O
练习:写出甲烷的燃料电池电极反应式
酸性环境:CH4+2O2CO2+2H2O
负极:第一步:化合价CH4-8e-――CO2
第二步:电荷守恒右边添8个正电荷CH4-8e-――CO2+8H+
第三步:原子守恒CH4-8e-+2H2OCO2+8H+
正极:第一步O2+4e-――2H2O
第二步O2+4H++4e-――H2O
第三步O2+4H++4e-2H2O
碱性环境总反应CH4+2O2+2OH-CO2-3+3H2O
负极:第一步:化合价CH4-8e-――CO2-3
第二步:电荷守恒.左边8个正电荷右边2个负电荷则在左边添10OH-,即CH4+10OH--8e-――CO2-3
第三步:原子守恒CH4+10OH--8e-CO-32+7H2O
正极:第一步O2+4e-
第二步左边四个负电荷右边添OH-即O2+4e-――4OH-
第三步原子守恒O2+2H2O+4e-4OH-
提示:燃料电池的正极反应式相同,只是负极反应式不同.
例4其他反应Li―SOCl2电池可用于心脏起搏器.该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4―SOCl2.电池的总反应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2.写出其电极反应
负极:Li-e-Li+
正极:化合价判断知2SOCl2+4e-――S+SO2结合电荷守恒和原子守恒则电极反应为2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2
练习:镁―铝电池(负极―Al,正极―Mg,电解液―KOH溶液)写电极反应
解析总反应离子方程式:
2Al+2OH-+2H2O2AlO-2+3H2.
负极:第一步失电子2Al-6e-――2AlO-2;
第二步电荷守恒2Al+8OH--6e-――2AlO-2;
第三步:原子守恒2Al+8OH--6e-2AlO-2+4H2O;
正极:第一步得电子6H2O+6e-――3H2
第二步第三步电荷守恒和原子守恒6H2O+6e-3H2+6OH-;
答案:负极:2Al+8OH--6e-2AlO-2+4H2O;
正极:6H2O+6e-3H2+6OH-;