电极反应式书写的经典总结.doc

原电池中电极反应式的书写
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得失。
    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，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH-，若电解质溶液为酸性，则H+必须写入正极反应式中，O2生成水。
     3、正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，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。
     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、H+和Zn2+进行工作，试写出该电池的两极反应式。
     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，体液内的H+得电子生成H2似乎不可能。故发生以下电极反应：
                  负极：2Zn－4e-= 2Zn2+，正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 。
       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，形成甲烷—氧气燃料电池，该电池反应的离子方程式为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，试写出该电池的两极反应式。
       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式减去正极反应式（电子守恒）得CH4+10OH-－8e-= CO32-+7H2O。
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。
    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，应根据离子的放电顺序进行书写电极反应式
          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-＞SO32-＞I-＞Br -＞Cl-＞OH-＞水电离的OH-＞含氧酸根离子＞F-。
          阴极发生还原反应，阳离子得到电子被还原的顺序为：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞（酸电离出的H+）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞（水电离出的H+）＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。
           （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）。
例3、写出用石墨作电极，电解饱和食盐水的电极反应式。
       解析：由于电极材料为石墨，是惰性电极，不参与电极反应，则电极反应式的书写只考虑溶液中的离子放电顺序即可。移向阳极的阴离子有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：
                  阳极：2Cl-－2e-= Cl2↑，阴极：2H++2e-= H2↑或2H2O+2e-= H2↑+2OH-。
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。
       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：
                  阳极：Cu－2e-= Cu2+，阴极：2H++2e-= H2↑或2H2O+2e-= H2↑+2OH-。
     （注：阳极产生的Cu2+可与阴极产生的OH-结合成Cu(OH)2沉淀，不会有Cu2+得电子情况发生。）
三、可充电电池电极反应式的书写
         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，原电池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应。只要学生按前面方法能熟练书写放电(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。
     例4、铅蓄电池反应为：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。试写出放电和充电时的电极反应式。
       解析：因为放电为原电池反应：Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4+2H2O。Pb失电子发生负极反应，产生的Pb2+在H2SO4溶液中结合SO42-生成难溶于水的PbSO4，故其负极反应式为： Pb+SO42-－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：PbO2+ SO42-+4H++2e-= PbSO4+2H2O。
                  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式的逆反应，即PbSO4+2e-=Pb+SO42-；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，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，较不活泼的铜作负极，其电极反应为：负极（Cu）：Cu－2e-= Cu2+；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： 2O2+8H++8e- = 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+。

原电池中电极反应式的书写
一、原电池电极反应式的书写
（一）原则：
　负极：失电子，发生氧化反应（一般是负极本身失电子）
　正极：得电子，发生还原反应（一般是溶液中阳离子在正极上得电子，但也可能是O2在正极上得电子（吸氧腐蚀），或正极本身得电子）
　　　　总反应式（电池反应）= 正极反应式 + 负极反应式
　对于可逆电池，一定要看清楚“充电、放电”的方向。放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。
（二）具体分类判断
　1.第一类原电池：①两个活泼性不同的电极(金属与金属、金属与石墨碳棒、金属与难溶金属氧化物)；②电解质溶液，至少要能与一个电极发生有电子转移的氧化还原反应，一般是置换反应；③两电极插入电解质溶液中且用导线连接。
　　方法：先找出两极相对活泼性，相对活泼的金属作负极，负极失去电子发生氧化反应，形成阳离子进入溶液；较不活泼的金属作正极，溶液中原有的阳离子按氧化性强弱顺序在正极上得到电子还原反应，析出金属或氢气，正极材料不参与反应。如：Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg。 但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al（Mg与NaOH溶液不反应，Al是两性金属，可以与NaOH溶液反应）。再分析进入溶液的微粒能否在电解质环境中存在 （得失电子不能同时在同极上发生），不能存在时应考虑其与电解质之间的后续反应。
　　　　如：Mg、Al在碱性环境中构成的原电池
　　　　解析：在碱性环境中Al 比 Mg活泼，其反实质为Al与碱溶液的反应：2Al+2OH-+6H2O=2AlO2-+3H2↑+4H2O
　　　　∴负极：2Al - 6e- + 8OH- = 2AlO2- + 4H2O
　　　　正极：6H2O + 6e- =3 H2↑ + 6OH-
　　　　注意：Al-3e-=Al3+，此时Al3+在碱性环境不能稳定存在，会与OH-（过量）结合转化为AlO2-
　2.第二类原电池：① 两个活动性不同的电极； ②任何电解质溶液( 酸、碱、盐皆可)；③ 形成回路。 这类原电池的特点是电极与电解质溶液不发生置换反应，电解质溶液只起导电作用。正极一般是吸氧腐蚀的电极反应式：O2＋2H2O＋4e- ＝ 4OH－。微电池(即若干微小的原电池)为不正规的原电池。合金或不纯的金属在潮湿空气中就能形成微电池。电化学腐蚀即微电池腐蚀，依然是原电池原理。一般原电池和微电池的区别在于前者中两个电极不直接接触，故前者电流是在导线中流动，而后者电流是在金属体内部流过。微电池腐蚀分为析氢腐蚀(发生在酸性较强的溶液里，正极上H+被还原)和吸氧腐蚀 (发生在中性、碱性或极弱酸性溶液里，正极上是氧气被还原：O2＋2H2O＋4e- ＝4OH－)。
　　3.燃料电池：
　　燃料电池的电极反应（主要是负极的电极方程式）是一个难点。我们知道，一般的燃料电池大多是可燃性物质（主要是可燃性气体）与氧气及电解质溶液共同组成的原电池，虽然可燃性物质与氧气在不同的电极反应，但其总反应方程式是可燃物在氧气中燃烧。由于涉及电解质溶液，所以燃烧产物可能还要与电解质溶液反应，再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式，从而得到总反应方程式。由于在反应中氧气由0价变为－2价，所以肯定是O2得电子，即O2作氧化剂是正极，即可写出正极的电极反应式：O2+4e+2H2O=4OH_ ① (该反应式为常见的绝大多数燃料电池的正极反应式)。若此时电解质溶液为酸性，则反应过程可以理解为：正极上首先发生： O2+4e-=2O2- 由于在酸性环境中大量存在H+ 故O2-会与H+结合成H20，故正极反应式应为：O2+4 e-＋4H+＝2H2O ②若电解质为中性或碱性时，则正极反应式就只是①。此时负极反应式就可由总电极方程式减去正极的电极方程式得到（注意要将方程式中的氧气抵消掉）。
　（1）直接法书写电极反应式：（以氢氧燃料电池为例）
　　　解析：H2、O2燃料电池中反应实质为：2H2+O2=2HO
　　　电极上H2-2e-=2H+ O2+4e-=2O2+
　在不同环境中H+、O2-会与电解质发生不同的反应，故电极反应也相应不同：
　　①、酸性环境中：H+能稳定存在，O2-会与H+结合成H20，
　　　　负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+4H++4e-=2H2O
　 ②、碱性环境中：H+不能稳定存在会与OH-结合成水，而O2-也不能稳定存在会与水结合形成OH-
　　　　负极：2H2-4e-+4OH-=4H20 正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
　③、中性环境中：H+能稳定存在：02-会与H20结合成OH-：
　　　　负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+2H20+4e-=4OH-
　④、在能传导O2-的固体电解质中：由于O2-能存在，而H+会与固体电解质中O2-结合形成水
　　　　负极：2H2-4e-+2O2-=2H2O 正极：O2+4e-=2O2-
（2）加减法书写电极方程式：
　　由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池。
　　　　解析：CH3OH+O2→CO2+H2O……①
　　但：CO2在碱性环境中不存在，会与OH-反应生成CO32-
　　　　CO2+2OH_ =CO32-+H2O……②
　　　故将①、②式进行叠加即为总反应：
　　　　2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O ……③
　　由于正极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH_……④ 由于电解质溶液为碱性，所以正极的产物不再进一步反应，则负极的反应式为总反应方程式减去正极的反应式得到：
　　　　2CH3OH+3O2＋4OH_ -3O2-6H2O -12e-=2CO32-+6H2O-12OH_
　　调整之后得（负极）：CH3OH＋8OH_ －6e-＝CO32-＋6H2O
二、电解池电极反应式的书写
　　（一）原则：
　　阳极：失电子，发生氧化反应（一般是溶液中阴离子在阳极上失电子，也可能是阳极材料本身失去电子）
　 阴极：得电子，发生还原反应（一般是溶液中阳离子在阴极上得电子）
　　（二）具体分类判断
　　1.阳极为惰性电极（CPt）这类电解池的电极反应式的书写只需考虑电解质溶液中的所有阴阳离子的放电，电极本身不参与放电。中学阶段阴离子主要掌握I－、Br－、Cl－、OH－的放电，阳离子主要掌握Ag+,Cu2+,H+的放电。
　　　　2.阳极为活性电极（如Fe、Cu、Ag等）这类电解池的阳极反应为活性电极本身失去电子生成相应的阳离子，阴极反应为电解质溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质。
几种重要的原电池的电极反应式
原电池电极反应式的书写格式：电极名称（电极材料）：氧化还原反应的半反应（氧化还原类型）
1、铜锌非氧化性强酸溶液的原电池（伏打电池）（电极材料：铜片和锌片，电解质溶液：稀硫酸） （1）总反应式：Zn+2H+ = Zn2+ + H2↑
（2）正极（Cu）：2H+ +2e-=H2↑（还原反应）；
负极（Zn）：Zn -2e-=Zn2+ （氧化反应）。
2、铝铜非氧化性强酸溶液的原电池（电极材料：铜和铝；电解质溶液：稀硫酸。）
（1）总反应式：2Al+6H+ = 2Al3+ + 3H2↑
（2）正极（Cu）：6H+ +6e- =3H2↑（还原反应）；
负极（Al）：2Al -6e-=2Al3+ （氧化反应）。
3、铝铜电池浓硝酸原电池（电极材料：铜片和铝片，电解质溶液：浓硝酸）
（1）总反应式：Cu+4H+ +2NO3- =Cu2+ +2NO2↑+2H2O
（2）①正极（Al）：4H+ +2NO3- +2e- =2NO2↑+2H2O（还原反应）；
②负极（Cu）：Cu-2e- =Cu2+ （氧化反应）；
4、镁铝强碱溶液的原电池（电极材料：镁片和铝片，电解质溶液：氢氧化钠溶液）
（1）总反应式：2Al +2OH- +2H2O=2AlO + 3H2 ↑
（2）①正极（Mg）：6H2O+6e- =3H2 ↑+6OH-
②负极（Al）：2Al +8OH--6e- =2AlO +4H2O
5、氢气和氧气细菌燃料电池（电解质溶液是磷酸）
（1）总反应式：2H2 +O2=2H2O
（2）①正极（惰性材料）：O2 +4H+ +4e-=2H2O
②负极（惰性材料）：2H2 -4e-=4H+ （氧化反应）；
6、氢气和氧气燃料电池（电解质溶液是氢氧化钾溶液）
（1）总反应式：2H2 +O2=2H2O
（2）①正极（惰性材料）：O2 +2H2O +4e-=4OH-
②负极（惰性材料）：2H2 +4OH--4e-=4H2O
7、甲烷和氧气燃料电池（电解质溶液是氢氧化钾溶液）
（1）总反应式： CH4+2O2 +2OH- =CO +3H2O
（2）①正极（惰性材料）： 2O2 +4H2O +8e-=8OH-
②负极（惰性材料）： CH4 –8e- +10 OH- =CO32- +7 H2O