电极反应方程式的书写 20140210.doc

电极方程式的书写学案
一、原电池中电极反应式的书写
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。

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。

原电池中电极反应式的书写小结：
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。
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： 、
若电解质溶液为酸性，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。
例题1 负极：2Zn－4e-= 2Zn2+，正极：O2 + 4H+ + 4e = 2H2O
例题2 正极：2O2+4H2O+8e- =8OH-，负极：CH4+10OH-－8e-= CO32-+7H2O
巩固练习
1、Al－Cu－NaHCO3溶液构成的原电池中，铝件（负极）上发生的反应为：
2、碘也可用作心脏起搏器电源—锂碘电池的材料。该电池反应为：
2Li（s）+I2（s）=2LiI （s） △H
已知：4Li（s）+O2（g）=2Li2O（s） △H1
4 LiI（s）+O2（g）=2I2（s）+2Li2O（s） △H2
则电池反应的△H= ； 碘电极作为该电池的_____极。
3、一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为
CH3CH2OH－4e－+ H2O = CH3COOH + 4H＋。下列有关说法正确的是
A.检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动
B.若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气
C.电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O
D.正极上发生的反应是：O2+4e－+2H2O = 4OH－
答案 1、Al－3e－+3HCO3－=Al(OH)3↓+3CO2↑
2、（△H1-△H2）/2 正 3、C
二、电解池中电极反应式的书写
例3 Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的水处理剂,其电解制法如下图所示,请根据图示分析:Fe电极的电极反应方程式为

例4 电解Na2HPO3溶液也可得到亚磷酸，装置示意图如下：

说明：阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过。

① 阴极的电极反应式为_____________________________。
② 产品室中反应的离子方程式为_____________________。
例5 写出用石墨作电极，电解饱和食盐水的电极反应式。
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。

电解池中电极反应式的书写小结：
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）。
例题3 Fe+8OH－－6e－= FeO42-+4H2O
例题4① 2H+ + 2e－=H2↑   
②HPO32－+ 2H+ = H3PO3 
或：HPO32－+ H+ = H2PO3－ 、H2PO3－+ H+ = H3PO3

巩固练习
4、镀铝电解池中，金属铝为 极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4― 和Al2Cl7―形式存在，铝电极的主要电极反应式为
5、工业上还可用电解法制备重铬酸钠，其装置示意图如右：
阴极发生的电极反应式为：

阳极发生的电极反应式为：

三、充电电池电极方程式的书写
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。只要我们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6 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。

巩固练习
7、蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：
下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是( )
A．放电时，Fe是负极，NiO2是正极
B．蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中
C．充电时，阴极上的电极反应为：
D．放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动
四、特殊情况电极反应式的书写
1、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7、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。

2、注意电解质溶液的酸碱性改变会引起电极反应的改变
例8、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。

课时作业
1、某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，现断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表指针偏转，下列有关描述正确的是
含酚酞的饱和食盐水
K1
K2
石墨
直流电源
A
铜
A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H++2Cl− Cl2↑+H2↑
B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红
C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应为：Cl2+2e—＝2Cl−
D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极
2、右图所示装置中发生反应的离子方程式为：Zn + 2H＋=Zn2＋ + H2↑，下列说法错误的是
A．a、b不可能是同种材料的电极
B．该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸
C．该装置可看作是铜一锌原电池，电解质溶液是稀硫酸
D．该装置中通过2 mol电子，生成的气体在标况下的体积为22.4L

3、（1）以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是
a．电能全部转化为化学能 b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu2＋向阳极移动 　　　　　d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(2)利用反应2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为

(3)高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。
FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为 ；
与MnO2—Zn电池类似，K2FeO4—Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，
其电极反应式为
该电池总反应的离子方程式为
(4)粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板是图中电极 (填图中的字母)在电极d上发生的电极反应为 ；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为

4、氮元素的氢化物和氧化物在工业生产和国防建设中都有广泛应用，回答下列问题：
(1)NH3与NaClO反应可得到肼(N2H4)，该反应的化学方程式为 ；
(2)肼可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。
已知：①N2(g)+2O2(g)= N2O4 (1) △H1= -195kJ·mol-1
②N2H4 ( (1) + O2(g)= N2(g) + 2 H2O △H2= -534.2kJ·mol-1
写出肼和N2H4 反应的热化学方程式 ；
(3)肼一空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为

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
多孔电极a

.固体电解质

多孔电极b

2c

1/2O2(干燥)

H2

H2O

2e-

O2-

2e-

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-
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：练习1：（1）吸氧腐蚀 O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe-4e-=2Fe2+
（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
（2）13O2+52e=26O2- 2C4H10+26O2--52e-=8CO2+10H2O 由通入空气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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