论文部分内容阅读
原电池电极反应式的书写是原电池知识学习的一个重点和难点,但其应用却是高考考查的热点,历年高考卷中都有。在学习原电池时,学生最感到困难的是电极反应式的书写,为了帮助同学们准确把握这类电池的电极反应式的写法,笔者结合自己的教学体会谈几点经验看法供大家参考。
一、原电池工作原理
原电池是把化学能转变成电能的装置。它是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生,从而在外电路中产生电流。原电池的电极的判断:
负极:电子流出的一极;发生氧化反应的一极;活泼性较强金属的一极。
正极:电子流入的一极;发生还原反应的一极;相对不活泼的金属或其它导体的一极。
二、书写电极反应的原则
电极反应是氧化还原反应,要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。另外还应遵循:
1.加和性原则:两电极反应式相加,消去电子后得电池总反应式。利用此原则,电池总反应式减去已知的一电极反应式得另一电极反应方程式。
2.共存原则:碱性溶液中CO2不可能存在,也不会有H+参加反应或生成;同样酸性溶液,不会有OH-参加反应或生成。根据此原则,物质得失电子后在不同的介质环境中所存在的形式不同。
三、原电池电极反应式书写的一般步骤
1.原电池正、负极的确定
①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,但也要具体情况具体分析。如Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中,Mg虽然比Al活泼,但Mg却不和NaOH溶液反应,真正和NaOH溶液反应的是Al,所以负极为Al。Al—Cu—HCl溶液构成的原电池中,负极为Al;Al—Cu—浓HNO3溶液构成的原电池中,虽然Al比Cu活泼,但常温下,Al在浓HNO3溶液中钝化,Cu和浓HNO3溶液反应,所以负极为Cu。
2.通过定义和总反应式来分析
发生氧化反应的气体(或对应物质)所对应的一极为负极。如碱性溶液中的甲醇燃料电池,总反应式:2CH3OH+3O2
+4KOH=2K2CO3+6H2O,CH3OH被氧化,则通入甲醇的一极为负极,发生还原反应的一极为正极,所以通入氧气的一极为正极。
3.如果题目给定的是图示装置,可根据电子流动方向或其它提示来分析正、负极。原电池的电极名称一旦确定,则相应电极的电极反应式也随之确定,利用书写原则逐一书写。
四、典型例题分析
例题1:Mg—Al—NaOH溶液组成的原电池,写出电极反应。
写出总反应:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。
判断电极:Al失去电子作为负极,Mg作为正极。
负极反应:根据电子守恒关系,Al从0价升高到+3价,一个Al原子失去3个电子,写出Al-3e-=AlO2-,该式左边有3个正电荷,而右边有1个负电荷,根据电荷守恒关系写出Al+4OH--3e-=AlO2-,最后根据原子守恒写出Al+4OH--3e-=
AlO2-+2H2O。
正极反应:根据电子守恒关系,H从+1价降低到0价,一个H原子得到1个电子,写出H2O+2e-=H2,该式左边有2个负电荷,而右边没有电荷,根据电荷守恒关系写出H2O+2e-
=H2+2OH-,最后根据原子守恒关系写出2H2O+2e-=H2+2OH-。
在氧化还原反应中得失电子数目相等,所以负极反应为2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O,正极反应为6H2O+8e-=3H2+6OH-。
例题2:有人设计了利用CH4和O2反应,用铂电极在KOH溶液中构成原电池,试写出该原电池的电极反应式。
写出总反应:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,注意电解质溶液呈碱性,生成物不是CO2。
判断电极:失去电子的物质是CH4,所以通入CH4的一极为负极,通入O2的一极为正极。
负极反应:根据电子守恒写出CH4-8e-→CO32-;根据电荷守恒关系且考虑电解质溶液写出CH4+10OH--8e-→CO32-;根据原子守恒写出CH4+10OH--8e-→CO32-+7H2O。
正极反应:根据电子守恒写出O2+4e-→OH-;根据电荷守恒写出O2+4e-→4OH-;根据原子守恒写出2H2O+O2+4e-→4OH-;根据电子守恒关系,负极反应为CH4+10OH--8e-→CO32-+7H2O;正极反应为4H2O+2O2+8e-→8OH-。
总之,对于原电池的电极反应式的书写来说,最重要的是明白原电池的工作原理,注意电解质溶液的性质,牢牢抓住三个守恒关系(电子守恒、电荷守恒和原子守恒),那么原电池电极反应书写这个难题就迎刃而解了。
一、原电池工作原理
原电池是把化学能转变成电能的装置。它是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生,从而在外电路中产生电流。原电池的电极的判断:
负极:电子流出的一极;发生氧化反应的一极;活泼性较强金属的一极。
正极:电子流入的一极;发生还原反应的一极;相对不活泼的金属或其它导体的一极。
二、书写电极反应的原则
电极反应是氧化还原反应,要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。另外还应遵循:
1.加和性原则:两电极反应式相加,消去电子后得电池总反应式。利用此原则,电池总反应式减去已知的一电极反应式得另一电极反应方程式。
2.共存原则:碱性溶液中CO2不可能存在,也不会有H+参加反应或生成;同样酸性溶液,不会有OH-参加反应或生成。根据此原则,物质得失电子后在不同的介质环境中所存在的形式不同。
三、原电池电极反应式书写的一般步骤
1.原电池正、负极的确定
①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,但也要具体情况具体分析。如Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中,Mg虽然比Al活泼,但Mg却不和NaOH溶液反应,真正和NaOH溶液反应的是Al,所以负极为Al。Al—Cu—HCl溶液构成的原电池中,负极为Al;Al—Cu—浓HNO3溶液构成的原电池中,虽然Al比Cu活泼,但常温下,Al在浓HNO3溶液中钝化,Cu和浓HNO3溶液反应,所以负极为Cu。
2.通过定义和总反应式来分析
发生氧化反应的气体(或对应物质)所对应的一极为负极。如碱性溶液中的甲醇燃料电池,总反应式:2CH3OH+3O2
+4KOH=2K2CO3+6H2O,CH3OH被氧化,则通入甲醇的一极为负极,发生还原反应的一极为正极,所以通入氧气的一极为正极。
3.如果题目给定的是图示装置,可根据电子流动方向或其它提示来分析正、负极。原电池的电极名称一旦确定,则相应电极的电极反应式也随之确定,利用书写原则逐一书写。
四、典型例题分析
例题1:Mg—Al—NaOH溶液组成的原电池,写出电极反应。
写出总反应:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。
判断电极:Al失去电子作为负极,Mg作为正极。
负极反应:根据电子守恒关系,Al从0价升高到+3价,一个Al原子失去3个电子,写出Al-3e-=AlO2-,该式左边有3个正电荷,而右边有1个负电荷,根据电荷守恒关系写出Al+4OH--3e-=AlO2-,最后根据原子守恒写出Al+4OH--3e-=
AlO2-+2H2O。
正极反应:根据电子守恒关系,H从+1价降低到0价,一个H原子得到1个电子,写出H2O+2e-=H2,该式左边有2个负电荷,而右边没有电荷,根据电荷守恒关系写出H2O+2e-
=H2+2OH-,最后根据原子守恒关系写出2H2O+2e-=H2+2OH-。
在氧化还原反应中得失电子数目相等,所以负极反应为2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O,正极反应为6H2O+8e-=3H2+6OH-。
例题2:有人设计了利用CH4和O2反应,用铂电极在KOH溶液中构成原电池,试写出该原电池的电极反应式。
写出总反应:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,注意电解质溶液呈碱性,生成物不是CO2。
判断电极:失去电子的物质是CH4,所以通入CH4的一极为负极,通入O2的一极为正极。
负极反应:根据电子守恒写出CH4-8e-→CO32-;根据电荷守恒关系且考虑电解质溶液写出CH4+10OH--8e-→CO32-;根据原子守恒写出CH4+10OH--8e-→CO32-+7H2O。
正极反应:根据电子守恒写出O2+4e-→OH-;根据电荷守恒写出O2+4e-→4OH-;根据原子守恒写出2H2O+O2+4e-→4OH-;根据电子守恒关系,负极反应为CH4+10OH--8e-→CO32-+7H2O;正极反应为4H2O+2O2+8e-→8OH-。
总之,对于原电池的电极反应式的书写来说,最重要的是明白原电池的工作原理,注意电解质溶液的性质,牢牢抓住三个守恒关系(电子守恒、电荷守恒和原子守恒),那么原电池电极反应书写这个难题就迎刃而解了。