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一、原電池電極反應(yīng)式的書寫 （一）原則： 負極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)（一般是負極本身失電子） 正極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)（一般是溶液中陽離子在正極上得電子，但也可能是O2在正極上得電子（吸氧腐蝕），或正極本身得電子） 總反應(yīng)式（電池反應(yīng)）= 正極反應(yīng)式 + 負極反應(yīng)式 對于可逆電池，一定要看清楚“充電、放電”的方向。放電的過程應(yīng)用原電池原理，充電的過程應(yīng)用電解池原理。 （二）具體分類判斷1.第一類原電池： ①兩個活潑性不同的電極(金屬與金屬、金屬與石墨碳棒、金屬與難溶金屬氧化物)； ②電解質(zhì)溶液，至少要能與一個電極發(fā)生有電子轉(zhuǎn)移的氧化還原反應(yīng)，一般是置換反應(yīng)； ③兩電極插入電解質(zhì)溶液中且用導(dǎo)線連接。 方法：先找出兩極相對活潑性，相對活潑的金屬作負極，負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，形成陽離子進入溶液； 較不活潑的金屬作正極，溶液中原有的陽離子按氧化性強弱順序在正極上得到電子還原反應(yīng)，析出金屬或氫氣，正極材料不參與反應(yīng)。 如：Mg—Al—HCl溶液構(gòu)成的原電池中，負極為Mg。 但Mg—Al—NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負極為Al（Mg與NaOH溶液不反應(yīng)，Al是兩性金屬，可以與NaOH溶液反應(yīng)）。 再分析進入溶液的微粒能否在電解質(zhì)環(huán)境中存在 （得失電子不能同時在同極上發(fā)生），不能存在時應(yīng)考慮其與電解質(zhì)之間的后續(xù)反應(yīng)。 如：Mg、Al在堿性環(huán)境中構(gòu)成的原電池 解析：在堿性環(huán)境中Al 比 Mg活潑，其反實質(zhì)為Al與堿溶液的反應(yīng)：2Al+2OH-+6H2O=2AlO2-+3H2↑+4H2O ∴負極：2Al - 6e- + 8OH- = 2AlO2- + 4H2O 正極：6H2O + 6e- =3 H2↑ + 6OH- 注意：Al-3e-=Al3+，此時Al3+在堿性環(huán)境不能穩(wěn)定存在，會與OH-（過量）結(jié)合轉(zhuǎn)化為AlO2- 2. 第二類原電池： ① 兩個活動性不同的電極； ②任何電解質(zhì)溶液( 酸、堿、鹽皆可)； ③ 形成回路。 這類原電池的特點是電極與電解質(zhì)溶液不發(fā)生置換反應(yīng)，電解質(zhì)溶液只起導(dǎo)電作用。 正極一般是吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e- ＝ 4OH-。 微電池(即若干微小的原電池)為不正規(guī)的原電池。合金或不純的金屬在潮濕空氣中就能形成微電池。電化學(xué)腐蝕即微電池腐蝕，依然是原電池原理。 一般原電池和微電池的區(qū)別在于前者中兩個電極不直接接觸，故前者電流是在導(dǎo)線中流動，而后者電流是在金屬體內(nèi)部流過。 微電池腐蝕分為析氫腐蝕(發(fā)生在酸性較強的溶液里，正極上H+被還原)和吸氧腐蝕 (發(fā)生在中性、堿性或極弱酸性溶液里，正極上是氧氣被還原：O2＋2H2O＋4e- ＝4OH-)。 3.燃料電池： 燃料電池的電極反應(yīng)（主要是負極的電極方程式）是一個難點。我們知道，一般的燃料電池大多是可燃性物質(zhì)（主要是可燃性氣體）與氧氣及電解質(zhì)溶液共同組成的原電池，雖然可燃性物質(zhì)與氧氣在不同的電極反應(yīng)，但其總反應(yīng)方程式是可燃物在氧氣中燃燒。由于涉及電解質(zhì)溶液，所以燃燒產(chǎn)物可能還要與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，再寫出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的方程式，從而得到總反應(yīng)方程式。 由于在反應(yīng)中氧氣由0價變?yōu)椋?價，所以肯定是O2得電子，即O2作氧化劑是正極，即可寫出正極的電極反應(yīng)式：O2+4e-+2H2O=4OH- ① (該反應(yīng)式為常見的絕大多數(shù)燃料電池的正極反應(yīng)式)。若此時電解質(zhì)溶液為酸性，則反應(yīng)過程可以理解為：正極上首先發(fā)生： O2+4e-=2O2- 由于在酸性環(huán)境中大量存在H+ 故O2-會與H+結(jié)合成H20，故正極反應(yīng)式應(yīng)為：O2+4 e-＋4H+＝2H2O ②若電解質(zhì)為中性或堿性時，則正極反應(yīng)式就只是①。此時負極反應(yīng)式就可由總電極方程式減去正極的電極方程式得到（注意要將方程式中的氧氣抵消掉）。 （1）直接法書寫電極反應(yīng)式：（以氫氧燃料電池為例） 解析：H2、O2燃料電池中反應(yīng)實質(zhì)為：2H2+O2=2H2O 電極上H2-2e-=2H+ O2+4e-=2O2+ 在不同環(huán)境中H+、O2-會與電解質(zhì)發(fā)生不同的反應(yīng)，故電極反應(yīng)也相應(yīng)不同： ①酸性環(huán)境中：H+能穩(wěn)定存在，O2-會與H+結(jié)合成H20， 負極：2H2-4e-=4H+ 正極：O2+4H++4e-=2H2O ②堿性環(huán)境中：H+不能穩(wěn)定存在會與OH-結(jié)合成水，而O2-也不能穩(wěn)定存在會與水結(jié)合形成OH- 負極：2H2-4e-+4OH-=4H20 正極：O2+2H2O+4e-=4OH- ③中性環(huán)境中：H+能穩(wěn)定存在：02-會與H20結(jié)合成OH-： 負極：2H2-4e-=4H+ 正極：O2+2H20+4e-=4OH- ④在能傳導(dǎo)O2-的固體電解質(zhì)中：由于O2-能存在，而H+會與固體電解質(zhì)中O2-結(jié)合形成水 負極：2H2-4e-+2O2-=2H2O 正極：O2+4e-=2O2- （2）加減法書寫電極方程式：由甲醇和氧氣以及強堿作電解質(zhì)溶液的新型手機電池。解析：CH3OH+O2→CO2+H2O……①但：CO2在堿性環(huán)境中不存在，會與OH-反應(yīng)生成CO32-CO2+2OH- =CO32-+H2O……②故將①、②式進行疊加即為總反應(yīng)：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O ……③由于正極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-=4OH-……④ 由于電解質(zhì)溶液為堿性，所以正極的產(chǎn)物不再進一步反應(yīng)，則負極的反應(yīng)式為總反應(yīng)方程式減去正極的反應(yīng)式得到：2CH3OH+3O2＋4OH- -3O2-6H2O -12e-=2CO32-+6H2O-12OH-調(diào)整之后得（負極）：CH3OH＋8OH- －6e-＝CO32-＋6H2O 二、電解池電極反應(yīng)式的書寫 （一）原則： 陽極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)（一般是溶液中陰離子在陽極上失電子，也可能是陽極材料本身失去電子） 陰極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)（一般是溶液中陽離子在陰極上得電子） （二）具體分類判斷 1.陽極為惰性電極（CPt）這類電解池的電極反應(yīng)式的書寫只需考慮電解質(zhì)溶液中的所有陰陽離子的放電，電極本身不參與放電。中學(xué)階段陰離子主要掌握I-、Br-、Cl-、OH-的放電，陽離子主要掌握Ag+,Cu2+,H+的放電。 2.陽極為活性電極（如Fe、Cu、Ag等）這類電解池的陽極反應(yīng)為活性電極本身失去電子生成相應(yīng)的陽離子，陰極反應(yīng)為電解質(zhì)溶液中的陽離子得到電子生成相應(yīng)的單質(zhì)。 |
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