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电极反应式的书写技巧


二、电解池中电极反应式的书写 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 以前),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。 电化学中电极反应式的书写不仅是电化学教学的重点和难点, 更是高考的热点题 2、如果阳极是惰性电极(Pt、Au、石墨),则应是电解质溶液中的离子放电, 型之一, 下面就如何正确书写电极反应式进行了较为详尽的归纳总结, 旨在“抛砖引 应根据离子的放电顺序进行书写电极反应式。 2玉”。 阳极(惰性电极)发生氧化反应,阴离子失去电子被氧化的顺序为:S2->SO3 原电池中电极反应式的书写 >I->Br ->Cl->OH->水电离的 OH->含氧酸根离子>F-。 一、原电池中电极反应式的书写 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 阴极发生还原反应, 阳离子得到电子被还原的顺序为: +>Hg2+>Fe3+>Cu2+> Ag (酸 + 2+ 2+ 2+ 2+ + 3+ 2+ + 2+ 得失。 电离出的 H )>Pb >Sn >Fe >Zn >(水电离出的 H )>Al >Mg >Na >Ca >K+。 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, (注: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 则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式,如 Al-Cu-NaHCO3 溶液构成的原电池 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)。 中,因 Al 失去电子生成的 Al3+能与 HCO3-反应:Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑,故铝 例 3、写出用石墨作电极,电解饱和食盐水的电极反应式。 - - 件(负极)上发生的反应为:Al-3e +3HCO3 =Al(OH)3↓+3CO2↑,而不是仅仅写为: 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 - 3+ Al-3e =Al 。 写只考虑溶液中的离子放电顺序即可。溶液中的离子:Cl- 、Na+ 、OH- 、H+,移向阳 3、若正极上的反应物质是 O2,且电解质溶液为中性或碱性,电极反应式中不能 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 出现 H+,且水必须写入正极反应式中,与 O2 结合生成 OH-,若电解质溶液为酸性,电 Na+和水电离出的 H+,但在阴极上放电的是 H+。所以上述电解池的电极反应为: 极反应式中不能出现 OH-,且 H+必须写入正极反应式中,与 O2 结合生成水。如例 1、 阳极:2Cl--2e-= Cl2↑,阴极:2H++2e-= H2↑或 2H2O+2e-= H2↑+2OH-。 例 2。 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。 4、正负极反应式相加(电子守恒)得到电池反应的总反应式。若已知电池反应 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 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 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: 2+ + 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。如例 2。 阳极:Cu-2e = Cu ,阴极:2H +2e = H2↑或 2H2O+2e = H2↑+2OH 。 2+ 2+ (注:阳极产生的 Cu 可与阴极产生的 OH 结合成 Cu(OH)2 沉淀,不会有 Cu 得电 例 1、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、 +和 Zn2+进行工作, 子情况发生。) H 试写出该电池的两极反应式。 三、可充电电池电极反应式的书写 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 可充电电池是联系原电池与电解池的桥梁, 它也是电化学知识的重要知识点。 放 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 电为原电池反应,充电为电解池反应。原电池的负极反应与电解池的阴极反应,原电 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。故发生以下电 池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应。 只要我们按前面方法能熟练书写放电 极反应: (即原电池)的电极反应式,就能很快写出充电(即电解池)的电极反应式。 2+ + 负极:2Zn-4e = 2Zn ,正极:O2 + 4H + 4e = 2H2O 。 正极: 正极 2PbSO4+2H2O。试写出放电和充电 例 4、铅蓄电池反应为:Pb+PbO2+2H2SO4 例 2、用金属铂片插入 KOH 溶液中作电极,在两极上分别通入甲烷和氧气,形成 2甲烷—氧气燃料电池,该电池反应的离子方程式为:CH4+2O2+2OH-=CO3 +3H2O,试写出 时的电极反应式。 该电池的两极反应式。 解析:因为放电为原电池反应:Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4+2H2O。Pb 失电子发生负 2解析:从总反应式看,O2 得电子参与正极反应,在强碱性溶液中,O2 得电子与 H2O 极反应,产生的 Pb2+在 H2SO4 溶液中结合 SO4 生成难溶于水的 PbSO4,故其负极反应式 2结合生成 OH-,故正极反应式为:2O2+4H2O+8e- =8OH-。负极上的反应式则可用总反应 故正极反应式为: 为:Pb+SO4 -2e-=PbSO4。由电子守恒可知,其正极反应式为总式减去负极反应式: 故正极反应式为 22式减去正极反应式(电子守恒)得 CH4+10OH--8e-= CO3 +7H2O。 PbO2+ SO4 +4H++2e-= PbSO4+2H2O。

电化学中电极反应式的书写技巧

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充电为电解池反应, 其电极反应式书写是这样的, 阴极反应式为原电池负极反应 2式的逆反应,即 PbSO4+2e =Pb+SO4 ;阳极反应式为原电池正极反应式的逆反应,即 PbSO4+2H2O-2e-= PbO2+ SO42-+4H+。 四、特殊情况电极反应式的书写 在书写电极反应式时,一定要注意一些特殊情况。 1、注意溶液中的离子浓度的改变会引起离子放电顺序的改变 溶液中的离子浓度改变,有时可导致离子放电顺序的改变。 例 5、在给某镀件镀锌时,电镀液是饱和 ZnCl2 溶液,试写出该电镀池的电极反 应式。 解析:在饱和 ZnCl2 溶液中,放电能力:H+>Zn2+,但溶液中 Zn2+的浓度远大于水 电离出来的 H+的浓度,所以阴极应是 Zn2+放电,而不是 H+放电。其电极反应式为:阳 极:Zn-2e-= Zn2+;阴极:Zn2++2e-= Zn。 2、注意电解质溶液的改变会引起电极正负的改变 在原电池中,一般较活泼金属作负极,但当电解质溶液发生改变时,较活泼金属 就不一定作负极了。 例 6、将铜片和铝片用导线相连,分别同时插入稀 H2SO4 和浓 HNO3 中,写出两池 的电极反应式。 解析:在稀 H2SO4 作电解质溶液的原电池中,较活泼的铝被氧化作负极,铜作正 极。其电极反应为: 负极(Al):2Al-6e-=2Al3+;正极(Cu):6H++6e-= 3H2↑。 在浓 HNO3 作电解质溶液的原电池中,因为 Al 在浓 HNO3 中钝化,较不活泼的铜作 2+ + 负极,其电极反应为:负极(Cu):Cu-2e = Cu ;正极(Al):2NO3-+4H +2e =2 NO2 ↑+2H2O。但随着反应的进行,浓 HNO3 逐渐变稀,正极电极反应又有:NO3-+4H++3e-= NO ↑+2H2O。 3 、注意电解质溶液的酸碱性改变会引起电极反应的改变 有些电池若改变其电解质溶液的酸碱性, 虽不会改变电池的正负极, 但却改变了 电极反应。 例 7、若将例 2 中的电解质 KOH 溶液改为稀硫酸,其它条件不变,试写出该电池 两极的电极反应式。 解析:该题虽只改变了电解质溶液的酸碱性,但总反应式与例 2 不相同了,其总 反应式为 CH4+2O2→CO2+2H2O。这样,在正极上 O2 得电子生成的 O2-会与稀硫酸中的 H+ 结合生成水, 而不再生成 OH(OH-能与 H+继续反应生成水) 正极反应式为: 2+8H++8e。 2O = 4H2O,负极上的反应式则可用总反应式减去正极反应式(电子守恒)得:CH4+2H2O -8e-= CO2+8H+。

电极反应式书写错误例析
一、 不能正确判断原电池正负极 例1、 将 Al 片和 Cu 片用导线相连,插入浓 HNO3 中,形成原电池。 错误:负极:2Al-6e=2Al3+ 正极:6H++6e=3H2↑ 解析:将 Al 片和 Cu 片用导线相连,插入浓 HNO3,由于 Al 在浓硝酸中钝 化,不能持续反应,而 Cu 却能与浓 HNO3 持续反应,所以 Cu 为负极,Al 为正极, 因此正负极的判断应根据氧化还原反应的实质来确定,谁失去电子,谁做为负 极。 正确:负极:2Cu-4e-=2Cu2+ 正极:2NO3-+2e-+4H+=2NO2↑+2H2O 二、 不能正确判断电极产物 例 2、将 Al 片和 Cu 片用导线相连,插入稀 NaOH 溶液中形成原电池。 错误:负极:2Al-6e-=2Al3+ 正极:6H++6e-=3H2↑ 解析:Cu 片和 Al 片用导线相连插入 NaOH 溶液中,其实质是 Al 和 NaOH 溶液反应,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑, Al 失去电子生成 AlO2-,而正极由 于 H+在碱性条件下不能大量存在,所以得到电子的物质是 H2O 正确:负极:2Al+8OH -6e =2AlO2 +4H2O 正极:6H2O+6e =3H2↑+6OH 三、 忽视电极产物与电解质溶液反应 例 3、氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池,主要用于航天领域,它的 电极材料一般为活化电极,具有很强的催化活性。如铂电极、活性炭电极等, 电解质溶液一般为 40%的 KOH 溶液,写出电极反应式: 错误:负极:2H2-4e-=4H+ 正极:O2+2H2O+4e =4OH 解析:在负极 H2 失去电子生成 H+,而 H+在碱性溶液中与 OH-反应,生成 H2O, 因此应把两个式子合并为:2H2+4OH -4e =4H2O 正确:负极:2H2+4OH--4e-=4H2O 正极:O2+2H2O+4e-=4OH四、 忽视了电解质的状态 例 4、固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的,它从固体氧化锆— —氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该 电池的工作原理如图所示,其中多孔电极 a、b 均不参与电极反应

2

1/2O2(干燥)
2e2c O2-

多孔电极 a .固体电解质

2eH2 H 2O

多孔电极 b

其电极反应式为_________。 错误:负极:2H2-4e-=4H+ 正极:O2+2H2O+4e=4OH解析:此类燃料电池的电解质是固体,并不是水溶液,因此正极电极反应 为:O2+4e-=2O2-正确:负极:2H2+2O2--4e-=2H2 正极:O2+4e-=2O2忽视了金属单质与阴、 五、 忽视了金属单质与阴、阳离子的放电顺序 例 5、电解醋酸的浓溶液,以 Pb 做电极,在电解过程中,无沉淀产生,但电解 + 效率逐渐下降,同时[H ]也随之降低,随后溶液不再导电,电解自然停止。 (1)电极反应是_________; (2)电解总反应的方程式为_________; — + 错误:阳极:4OH 4e =O2↑+2H2O 阴极:2H +2e =H2↑ 分析:放电顺序: 阳极:非惰性电极>OH-> CH3COO阴极:H+放电,Pb2+与 CH3COO-结合生成难电离的(CH3COO)2Pb (1)本题属于电解的应用。用铅做阳极材料,根据电解规律,非惰性电极做 阳极时,阳极本身被氧化而溶解,即 Pb-2e-=Pb2+,而 Pb2+与 CH3COO-结合生成难 电离的(CH3COO)2Pb,所以阳极反应为:Pb+2CH3COOH-2e-=(CH3COO)2Pb+2H+,阴极 + 反应为:2H +2e=H2↑ (2)电解总反应式为:Pb+2CH3COOH (CH3COO)2Pb+H2↑ 练习 1: 按图所示进行铁钉被腐蚀的实验, 一周后观察: (1) 若试管中液面上升,发生的是_________腐蚀, 电极反应:正极_________,负极_______。 (2) 若试管中液面下降,发生的是_________腐蚀, 电极反应:正极_________,负极_________。 练习 2: 将铂电极插入氢氧化钾溶液,然后向两个电极分别通入甲烷等燃料和氧

气等氧化剂组成的一种电池。由于所发生的反应类似于甲烷的燃 烧, 所以称为燃料电池。 根据两极上反应实质判断通入甲烷的一极 为电池的____极,这一电极的反应式为_________, 该电池放电反应的总反应方程式为_________。 练习 3 :设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富 有挑战性的课题之一, 最近有人制造了一种燃料电池, 一个电极通 入空气,另一电极通入汽油蒸气,电池的电解质是掺杂了 Y2O3 的 ZrO2 晶体,它在 高温下能传导 O2-,回答如下问题: (1) 以丁烷代表汽油,这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是:___ ____。 (2) 这个电池的正极发生的反应是:_________,负极发生的反应是: _________,固体电解质里的 O2-的移动方向是:_________, 向外电路释放电子的电极是:_________。 (3) 人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是 什么?_________。 (4)汽油燃料电池最大的障碍是氧化不完全产生_________堵塞电极的 气体通道,有人估计,完全避免这种副反应至少还需 10 年时间,这正是新一代化 学家的历史使命。 答案: (1)吸氧腐蚀 O2+2H2O+4e-=4OH2Fe-4e-=2Fe2+ 答案:练习 1: (2)吸氢腐蚀 H2+2e-=2H+ Fe-2e-=Fe2+ 练习 2:负 CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O 练习 3: (1)2C4H10+13O2=8CO2+10H2O 2C4H10+26O2--52e-=8CO2+10H2O 由通入空气 (2)13O2+52e=26O2的电极移向通入汽油蒸汽的电极 负极 (3)燃料电池具有较高的能量利用率。 (4)炭粒

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