原电池电极反应式书写教案和练习.docx
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原电池电极反应式书写教案和练习
原电池电极反应式书写教案和练习
原电池中电极反应式的书写
电极反应式的书写一直以来都是学生学习的一大难点,如何正确书写原电池的电极反应式呢,现总结如下:
(一)原电池的类型
在书写电极反应式之前,必须先了解原电池的类型,大致分为三种:
(1)负极参与反应,而正极不参与反应,如常见的铜锌原电池;
(2)负极、正极均参与反应,如可充电电池铅蓄电池在放电时的过程;
(3)负极、正极均不参加反应,如燃料电池。
在书写时首先要判断属于何种类型的电池。
一般第一种原电池负极为较活泼金属,正极为较不活泼金属(注意结合电解质溶液)或石墨,负极和电解质溶液能发生自发的氧化还原反应。
(二)【书写过程归纳】
列物质,标得失(列出电极上的物质变化,根据价态变化标明电子得失)。
选离子,配电荷(根据介质选择合适的离子,配平电荷,使符合电荷守)。
巧用水,配个数(通常介质为水溶液,可选用水配平质量守恒)
(三)例题和练习
例1:
铜锌原电池,应先书写自发的氧化还原反应,即总化学方程式电池反应:
Zn+2H+=Zn2++H2?
;然后利用负极发生氧化反应,正极发生还原反应:
负极:
Zn-Ze-=Zn2+正极:
2H++2e-=H2?
再对于较复杂的镁铝氢氧化钠溶液组成的电池。
例2、Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池
解析:
由于Mg、Al中只有Al能与NaOH溶液反应,所以Al作负极。
电池的总反应为:
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2?
。
接下来可直接写出负极反应,方法为:
第?
步:
找物质、标得失(写负极反应要找到还原剂和氧化产物,正极反应就相反,并计算电子的得失数目);2Al—6e-=2AlO2-
第?
步:
找离子、平电荷(根据电池反应所发生的环境以及同时考虑相应的离子反应,找到适当的离子使左右两边电荷守恒,一般是H+或OH-);据第?
步可看出右边有8个负电荷,环境是碱性条件,所以在左边要加上8个OH-。
2Al+8OH-—6e-=2AlO2-
第?
步:
巧用水、平氢氧(最后用水分子配平氢氧原子)
2Al+8OH-—6e-=2AlO2-+4H2O
--至于正极反应可用减法求得:
6H2O+6e=6OH+3H2?
[练习]书写Cu、Fe与浓HNO3形成原电池的总反应及电极反应式。
负极:
______________________________________________________
正极:
______________________________________________________
总的反应方程式:
____________________________________________
对于第二种题型可充电电池一般题目会直接告诉总化学方程式,首先明确放电时是原电池,再利用负极发生氧化反应,正极发生还原反应,列出正、
负极发生的反应物及产物,然后利用电荷守恒、原子守恒,补充与电解质有关的离子或者物质,写出负极和正极反应方程式。
1
例3:
Pb+PbO2+2H2SO4
4+2H2O
先写出Pb-2e-?
4
2+2e-?
PbSO4
根据原子守恒得负极左边加1molSO42-;正极左边加入1molSO42-、4molH+
或利用总-[练习4]书写Li+FePOLiFePO4原电池的电极反应式
负极:
______________________________________________________
正极:
______________________________________________________
总的反应方程式:
____________________________________________
综合可得对于第二种类型先分析简单的一极,再用总方程式-简单一极的电极反应式。
对于第三种类型,是历来高考中的热点话题,一般先书写可燃物燃烧的化学方程式,再看燃料产物能否与电解质溶液反应。
进而写出总电池反应,然后根据负极为可燃物;正极为助燃性物质,常为O2。
而对于正极因常是O2,故正极反应式较固定,只会因电解质溶液不同而有所不同。
例如在酸性溶液中正极则O2+4H++4e-=2H2O;在碱性溶液中(或中性)O2+2H2O+4e-=4OH-。
若遇熔融的固体电解质,则正极为O2+4e-=2O2-,相对而言负极较复
杂,故一般将电池反应-正极反应式,得负极反应式。
在分析中注重正、负极得失电子守恒。
例:
氢氧燃料电池在酸性,碱性溶液中的电极反应式。
酸性溶液中,总电池反应:
2H2+O2=2H2O
正极为:
O2+4H++4e-=2H2O故负极为:
2H2-4e-=4H+碱性溶液中,总电池反应:
2H2+O2=2H2O
正极为:
O2+2H2O+4e-=4OH-故负极为:
2H2+4OH--4e-=4H2O
[练习]书写甲醇燃料电池,以KOH为电解质溶液的电极反应:
负极:
______________________________________________________
正极:
______________________________________________________
总的反应方程式:
____________________________________________
由上综合可得:
对于燃料电池,先写总电池反应,然后结合电解质溶液,写正极反应式,最后得负极反应式。
综上所述,解题时应先判断原电池属于何种类型,然后根据不同类型选择不同的书写方式。
2
高中常见的原电池电极反应式的书写训练
一次电池
1、伏打电池:
(负极—Zn、正极—Cu、电解液—H2SO4)
负极:
正极:
总反应方程式(离子方程式)2、铁碳电池:
(负极—Fe、正极—C、电解液H2CO3弱酸性)
负极:
正极:
总反应方程式(离子方程式)
3、铁碳电池:
(负极—Fe、正极—C、电解液中性或碱性)
负极:
正极:
化学方程式2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2(吸氧腐蚀)
4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3
2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O(铁锈的生成过程)
4.铝镍电池:
(负极—Al,正极—Ni,电解液——NaCl溶液)
负极:
正极:
总反应化学方程式:
4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3(海洋灯标电池)
5、普通锌锰干电池:
(负极——Zn,正极——碳棒,电解液——NH4Cl
糊状物)负极:
正极:
总反应化学方程式:
Zn+2NH4Cl+2MnO2=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O
6、碱性锌锰干电池:
(负极——Zn,正极——碳棒,电解液KOH糊状
物)负极:
正极:
总反应化学方程式:
Zn+2MnO2+2H2O==Zn(OH)2+MnO(OH)
7、镁铝电池:
(负极,,Al,正极,,Mg,电解液KOH)
负极(Al):
正极(Mg):
总反应化学方程式:
8、高铁电池(负极,,Zn,正极,,碳,电解液KOH和K2FeO4)
正极:
负极:
充电总反应化学方程式:
3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH
9、镁/H2O2酸性燃料电池
正极:
负极:
总反应化学方程式:
Mg+H2SO4+H2O2=MgSO4+2H2O
3
10、银锌电池:
(负极—Zn、正极--Ag2O、电解液NaOH)
负极:
正极:
化学方程式Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag
11、铝–空气–海水(负极--铝、正极--石墨、铂网等能导电的惰性材
料、电解液--海水)负极:
正极:
总反应式为:
4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3(铂网增大与氧气的接触面)
二次电池(又叫蓄电池或充电电池)
1、铅蓄电池:
(负极—Pb正极—PbO2电解液—浓硫酸)
放电时负极:
正极:
充电时阴极:
阳极:
总化学方程式
2、镍--镉电池(负极--Cd、正极—NiOOH、电解质溶液为KOH溶液)
放电时负极:
正极:
充电时阴极:
阳极:
总化学方程式Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
3、锂电池二型(负极LiC6、正极含锂的二氧化钴LiCoO2、充电时LiCoO2
中Li被氧化,
Li+还原以Li原子形式嵌入电池负极材料碳C6中,以LiC6表示)
放电时负极:
LiC6–xe-,Li(1-x)C6+xLi+(氧化反应)
正极:
Li(1-x)CoO2+xe-+xLi+==LiCoO2(还原反应)
充电时阴极:
Li(1-x)C6+xLi++xe-,LiC6(还原反应)
阳极:
LiCoO2–xe-,Li(1-x)CoO2+xLi+(氧化反应)
总反应方程式Li(1-x)CoO2+LiC6LiCoO2+Li(1-x)C6
燃料电池
:
一、氢氧燃料电池:
解决此类问题必须抓住一点:
燃料电池反应实际上等同于燃料的燃烧反应,但要特别注意介质对产物的影响。
氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂(Pt)或石墨做电极材料,负极通入H2,正极通入O2,总反应为:
2H2+O2===2H2O电极反应特别要注意电解质,有下列三种情况:
1、电解质是KOH溶液(碱性电解质)
负极:
正极:
4
总反应方程式
2、电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)
负极:
总反应方程式
3、电解质是NaCl溶液(中性电解质)
负极:
总反应方程式
说明1、碱性溶液反应物、生成物中均无H+2、.水溶液中不能出
现O2-
3、中性溶液反应物中无H+和OH-—4、酸性溶液反应物、生成物中均无OH-
二、甲醇燃料电池
1(碱性电解质(铂为两极、电解液KOH溶液)
正极:
负极:
总反应方程式
2.酸性电解质(铂为两极、电解液H2SO4溶液)
正极:
负极:
总反应式
三、CO燃料电池(总反应方程式均为:
2CO,O2,2CO2)
1、熔融盐(铂为两极、Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质,CO为负极燃气,
空气与CO2的混合气为正极助燃气)
正极:
负极:
2、酸性电解质(铂为两极、电解液H2SO4溶液)
正极:
负极:
四、肼燃料电池(铂为两极、电解液KOH溶液)
正极:
负极:
总反应方程式N2H4+O2===N2+2H2O
五、丙烷燃料电池(铂为两极、正极通入O2和CO2、负极通入丙烷、
电解液有三种)
1、电解质是熔融碳酸盐(K2CO3或Na2CO3)
正极:
负极:
总反应方程式
2、酸性电解质(电解液H2SO4溶液)
5
正极:
负极:
总反应方程式
3、碱性电解质(铂为两极、电解液KOH溶液)
正极:
负极:
总反应方程式
六、非水电池
1、氢氧电池:
一极为H2,另一极为空气与CO2的混合气,电解质为熔融K2CO3(盐)
负极:
正极:
总反应方程式
2、CO电池(一极为CO,另一极为空气与CO2的混合气,Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质)正极:
负极:
3、一次性锂电池:
(负极,,金属锂,正极,,石墨,电解液:
LiAlCl4,SOCl2)
负极:
正极:
总反应化学方程式8Li,3SOCl2===Li2SO3,6LiCl,2S
4、Li-Al/FeS电池(一级是Li-Al合金,一极是粘有FeS的石墨,电解
质是Li2CO3熔融盐)
正极:
负极:
总反应方程式:
2Li+FeS=Li2S+Fe
5、镁电池(一极是Mg,一极是粘有Mo3S4的石墨,电解质是MgSO4
熔融盐)
正极:
负极:
总反应方程式:
xMg,Mo3S4=MgxMo3S4
6、新型燃料电池(一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是
掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体)
正极:
负极:
总反应方程式:
7、固体酸燃料电池(一极通入空气,另一极通入H2;电解质是CsHSO4
固体传递H+)
负极:
正极:
总反应方程式
常见的原电池电极反应式的书写训练参考答案
6
一次电池
1、伏打电池:
(负极—Zn、正极—Cu、电解液—H2SO4)
负极:
Zn–2e-==Zn2+(氧化反应)正极:
2H++2e-==H2?
(还
原反应)
2、铁碳电池:
(负极—Fe、正极—C、电解液H2CO3弱酸性)负极:
Fe–2e-==Fe2+(氧化反应)正极:
2H++2e-==H2?
(还原反应)
3、铁碳电池:
(负极—Fe、正极—C、电解液中性或碱性)
负极:
2Fe–4e-==2Fe2+(氧化反应)正极:
O2+2H2O+4e-==4OH?
(还原反应)
,4.铝镍电池:
负极:
4Al–12e==4Al3+正极:
3O2+6H2O+12e==12OH?
,5、普通锌锰干电池:
负极:
Zn–2e==Zn2+正极:
2MnO2+2NH4++2e==Mn2O3+2NH3+H2O
6、碱性锌锰干电池:
,,负极:
Zn+2OH–2e==Zn(OH)2正极:
2MnO2+2H2O+2e==2MnO(OH)+2OH
7、镁铝电池:
,,,负极(Al):
2Al+8OH,6e,2AlO2+4H2O正极(Mg):
6H2O+6e,3H2?
+6OH–
8、高铁电池
正极:
2FeO42-+8H2O+6e==2Fe(OH)3+4OH–负极:
3Zn+6OH–6e==3Zn(OH)2
9、镁/H2O2酸性燃料电池正极:
2H++H2O2=2H2O负极:
Mg–2e==Mg2+,,
10、铝–空气–海水(负极--铝、正极--石墨、铂网等能导电的惰性材料、电解液--海水)负极:
4Al,12e==4Al3+(氧化反应)正极:
3O2+6H2O+12e==12OH(还原反应)
11、镁---铝电池(负极--Al、正极--Mg电解液KOH)
负极(Al):
2Al+8OH–-6e-,2AlO2–+4H2O(氧化反应)
正极(Mg):
6H2O+6e-,3H2?
+6OH–(还原反应),,,
二次电池
1、铅蓄电池:
(负极—Pb正极—PbO2电解液—浓硫酸)
,放电时负极:
Pb,2e,SO42=PbSO4(氧化反应)
,,正极:
PbO2,2e,4H,SO42=PbSO4,2H2O(还原反应)
充电时阴极:
PbSO4+2H+,2e-==Pb+H2SO4(还原反应)
阳极:
PbSO4+2H2O,2e-==PbO2+H2SO4+2H+(氧化反应)
--Cd、正极—NiOOH、电解质溶液为KOH溶液)2、镍--镉电池(负极
Ni(OH)2+Cd(OH)2?
?
正极:
2NiOOH+2e—+2H2O==2Ni(OH)2+2OH–(还原反应)
放电时负极:
Cd,2e—+2OH–==Cd(OH)2(氧化反应)
正极:
2NiOOH+2e—+2H2O==2Ni(OH)2+2OH–(还原反应)
充电时阴极:
Cd(OH)2+2e—==Cd+2OH–(还原反应)
阳极:
2Ni(OH)2,2e—+2OH–==2NiOOH+2H2O(氧化反应)
燃料电池
一、氢氧燃料电池
1、电解质是KOH溶液(碱性电解质)负极:
H2–2e-+2OH—===2H2O(氧化反应)正极:
O2+H2O+4e-===OH—(还原反应)
2、电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)
负极:
H2–2e-===2H+(氧化反应)正极:
O2+4H++4e-===2H2O
(还原反应)
3、电解质是NaCl溶液(中性电解质)
7
负极:
H2–2e-===2H+(氧化反应)正极:
O2+H2O+4e-===4OH—
二、甲醇燃料电池
1(碱性电解质(铂为两极、电解液KOH溶液)
正极:
3O2+12e-+6H20===12OH-(还原反应)
负极:
2CH3OH–12e-+16OH—===2CO32-+12H2O(氧化反应)
2.酸性电解质(铂为两极、电解液H2SO4溶液)
正极:
3O2+12e--+12H+==6H2O(还原反应)(注:
乙醇燃料电池与甲醇负极:
2CH3OH–12e-+2H2O==12H++2CO2(氧化反应)燃料电池原理基本相)
三、CO燃料电池(总反应方程式均为:
2CO,O2,2CO2)
1、熔融盐
正极:
O2,4e-,2CO2,2CO32--(还原反应)
负极:
2CO,2CO32-–4e-==4CO2(氧化反应)
2、酸性电解质
正极:
O2+4e--+4H+==2H2O(还原反应)
负极:
2CO–4e-+2H2O==2CO2+4H+(氧化反应)
四、肼燃料电池(铂为两极、电解液KOH溶液)
正极:
O2+2H2O+4e-==4OH—(还原反应)
负极:
N2H4+4OH—--4e-==N2+4H2O(氧化反应)
五、丙烷燃料电池(铂为两极、正极通入O2和CO2、负极通入丙烷、电解液有三种)
1、电解质是熔融碳酸盐(K2CO3或Na2CO3)
正极:
5O2+20e-+10CO2==10CO32-(还原反应)
负极:
C3H8--20e-+10CO32-==3CO2+4H2O(氧化反应)
2、酸性电解质(电解液H2SO4溶液)
正极:
5O2+20e-+26H+==10H2O(还原反应)
负极:
C3H8--20e-+6H2O==3CO2+20H+(氧化反应)
3、碱性电解质(铂为两极、电解液KOH溶液)
5O2+20e-+10H2O==20OH—(还原反应)正极:
负极:
C3H8--20e-+26OH—==3CO32-+17H2O(氧化反应)
六、非水体系电池
1、氢氧燃料电池
负极:
2H2–4e+2CO32===2CO2?
+2H2O正极:
O2+4e+2CO2===
2CO32—
2、CO电池(一极为CO,另一极为空气与CO2的混合气,Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电
,,,解质)正极:
O2,4e,2CO2,2CO32负极:
2CO,2CO32–4e==4CO2
,,,3、一次性锂电池:
负极:
8Li,8e,8Li+正极:
3SOCl2,8e,SO32,2S,6Cl,,,
4、Li-Al/FeS电池正极:
2Li++FeS+2e=Li2S+Fe负极:
2Li,2e,2Li+—,
5、镁电池正极:
xMg2+Mo3S4,2xe===MgxMo3S4负极:
xMg,2xe===xMg2,,,,
6、新型燃料电池正极:
13O2+52e==26O2-负极:
2C4H10+26O2-–52e==8CO2+10H2O,,
7、固体酸燃料电池负极:
2H2–4e===4H+正极:
O2+4H++4e===2H2O,,
8
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