电化学电极反应式和总反应方程式书写技巧

作者:浙江体彩网 | 2020-10-24 00:14

  电化学电极反应式和总反应方程式书写技巧_理化生_高中教育_教育专区。电化学是高中化学中一个重要的知识点,也是高考中一个重要的考点,有关电化学中电极反应式和总反应方程式的书写,是重要的考点,也是难点。

  电化学电极反应式和总反应方程式书写技巧 李有恒 (滕州一中 山东滕州 277500) 摘要:电化学是高中化学中一个重要的知识点,也是高考中一个重要的考点,有关电化学中电极反应 式和总反应方程式的书写,是重要的考点,也是难点。 关键词:电极反应式;总反应方程式 电化学是高中化学中一个重要的知识点,也是高考中一个重要的考点,有关电化学中电极反应式和总 反应方程式的书写,是重要的考点,也是难点。根据自己的教学心得,把有关电极反应式和总反应方程式 的书写技巧总结如下。 1 化学电源电极反应式和总反应方程式的书写 化学电源的本质是自发进行的氧化还原反应,依据氧化剂、还原剂的来源不同,把化学电源电极反应 式和总反应方程式的书写分为以下四种情况: 1.1 物质与电解质溶液间的氧化还原反应 特征:电解质溶液做氧化剂,物质做还原剂(物质可以是负极材料或在负极区加入的具有还原性的物 质)。 书写步骤: ⑴写出物质与电解质溶液(足量)间的化学反应方程式,此式即是电池反应的总反应方程式,把总反 应方程式改写为离子反应方程式。 ⑵写出负极的电极反应式,一般为金属单质,M-ne-===Mn+,考虑 Mn+在电解质溶液中的稳定存在形 式,若稳定此式即为负极的电极反应式,若不稳定写出相应的离子反应方程式,将两式叠加得负极的电极 反应式;其它还原性物质依据具体环境写出相应的负极电极反应式。 ⑶用总反应的离子方程式减去负极的电极反应式消去还原剂,得正极的电极反应式。 例 1 设计如图所示的原电池,试写出电极反应式和总反应方程式。 解析:此电池负极材料做还原剂,电解质溶液做氧化剂,依据书写步骤可得: 总反应方程式:2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑ 总反应离子方程式:2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑ ① 1 Al-3e-===Al3+ ② Al3++4OH-=== [Al(OH)4]- ③ ②+③,得 负极:Al-3e-+4OH-=== [Al(OH)4]- ④ ①—④×2,得 正极:6H2O+6e-===6OH-+3H2↑ 1.2 两极材料间的氧化还原反应 特征:负极材料(一般为金属单质)做还原剂,正极材料(一般为金属氧化物)做氧化剂。 书写步骤: ⑴写出两极材料间的基本反应,生成相应的离子,未参与氧化还原的以简单离子形式存在,考虑各种 离子在电解质溶液中的稳定存在形式,即各自发生的离子反应,将各式叠加,消去中间离子得总反应的离 子方程式。 ⑵写出负极的电极反应式,M-ne-===Mn+,考虑 Mn+在电解质溶液中的稳定存在形式,若稳定此式即 为负极的电极反应式,若不稳定写出相应的离子反应方程式,将两式叠加得负极的电极反应式。 ⑶用总反应的离子方程式减去负极的电极反应式消去还原剂,得正极的电极反应方程式。 注:此类电池一般为可充电电池,充电时的电极反应式和总反应方程式即以上各式的逆反应。 例 2 铁镍蓄电池又称爱迪生电池,碱性条件下由 Fe 与 Ni2O3 组成,试写出电极反应式和总反应方程式。 解析:此电池负极材料 Fe 做还原剂,正极材料 Ni2O3 做氧化剂,依据书写步骤可得: Fe+Ni2O3===Fe2++2Ni2++3O2- ① 电解质溶液为碱性,各离子反应为: Fe2++2OH-===Fe(OH)2 ② Ni2++2OH-===Ni(OH)2 ③ O2-+H2O===2OH- ④ 注:强酸性条件,O2-+2H+===H2O;中性或碱性条件,O2-+H2O===2OH-。 ①+②+③×2+④×3,得总反应方程式:Fe+Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2 ⑤ Fe—2e-===Fe2+ ⑥ ②+⑥,得 负极:Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2 ⑦ ⑤—⑦,得 正极: Ni2O3+2e-+3H2O===2Ni(OH)2+2OH- 以上各式的逆反应即为充电时的电极反应式和总反应方程式。 1.3 负极材料与外来物质间的氧化还原反应 特征:负极材料(一般为金属单质)做还原剂,外来物质(一般为 O2)做氧化剂。 书写步骤: ⑴写出负极的电极反应式,M-ne-===Mn+,考虑 Mn+在电解质溶液中的稳定存在形式,若稳定此式即 2 为负极的电极反应式,若不稳定写出相应的离子反应方程式,将两式叠加得负极的电极反应式。 ⑵写出正极的电极反应式,一般为 O2 强酸性条件:O2+4e-+4H+===2H2O 中性或碱性条件: O2+4e-+2H2O===4OH- ⑶将两极的电极反应式叠加消去电子,得总反应的离子方程式,考虑产物中离子的稳定存在形式,应 以稳定的物质写在总反应方程式中。 例 3 可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以 NaCl 溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正 极,试写出电极反应式和总反应方程式。 解析:此电池负极材料 Al 做还原剂,正极通入空气中的 O2 做氧化剂,依据书写步骤可得: 负极:Al-3e-===Al3+ ① 正极:O2+4e-+2H2O===4OH- ② ①×4+②×3,得: 4Al+3O2+6H2O===4Al3++12OH-,4Al3+与 12OH-的稳定存在形式为 4Al(OH)3 即 电池总反应方程式:4Al+3O2+6H2O===4 Al(OH)3。 1.4 外来物质间的氧化还原反应 特征:电极材料和电解质溶液不参与氧化还原反应,外来物质做氧化剂和还原剂。 书写步骤: ⑴写出外来物质间的氧化还原反应方程式,考虑产物能否与电解质(熔融或水溶液,足量)发生反应, 若不反应此式即为总反应方程式,若反应,写出相应的化学方程式,两式叠加得电池的总反应方程式,将 其改写成离子反应方程式。 ⑵写出正极的电极反应式,一般为 O2 强酸性条件:O2+4e-+4H+===2H2O 中性或碱性条件: O2+4e-+2H2O===4OH- ⑶用总反应的离子方程式减去正极的电极反应式消去氧化剂,得负极的电极反应式。 例 4 在直接以甲醇为燃料电池中,电解质溶液为 NaOH 溶液,试写出电极反应式和总反应方程式。 解析:此电池负极通入的甲醇做还原剂,正极通入空气中的 O2 做氧化剂,依据书写步骤可得: 2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O ① CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O ② ①+②×2,得总反应方程式:2CH3OH+3O2+4NaOH===2Na2CO3+6H2O 总反应离子方程式:2CH3OH+3O2+4OH-===2CO32-+6H2O ③ 正极:O2+4e-+2H2O===4OH- ④ ③—④×3,得 负极:2CH3OH-12e-+16OH-===2CO32-+12H2O 3 2 电解池电极反应式和总反应方程式的书写 本质:在外接电源作用下的氧化还原反应。 类型:电解质(熔融或溶液)中阴、阳离子间的电解反应;阳极材料与电解质(熔融或溶液)中阳离 子间的电解反应;阴、阳极材料间的电解反应(此类型依据 1.2 的书写方法)。 书写步骤: ⑴写出电解质(熔融或溶液)中所有电解质的电离方程式。 ⑵依据放电顺序写出阴、阳极的电极反应式。若阳极为活泼电极,M-ne-===Mn+,考虑 Mn+在电解质 (熔融或溶液)中的稳定存在形式,若稳定此式即为阳极的电极反应式,若不稳定写出相应的离子反应方 程式,将两式叠加得阳极的电极反应式;若阳极产物给定,依据质量守恒写出阳极材料与产物间的化学方 程式,缺什么物质(一般为 O2)补上什么物质,考虑该物质在此环境下的来源方式(O2 的来源,强酸性 或中性条件:2H2O=== O2+4e-+4H+;碱性条件:4OH-===O2+4e-+2H2O),将两式叠加得阳极的电极反 应式。 ⑶将阴、阳极电极反应式叠加,消去电子,考虑参与电极反应的离子若由弱电解质提供,把弱电解质 电离方程式的“ ”看成“===”后参与叠加,消去电子得电解的总反应离子方程式。 例 5 工业采取电解饱和食盐水的方法制取氯气,试写出电极反应式和总反应方程式。 解析:此电解池为电解质溶液中阴、阳离子间的电解反应,依据书写步骤可得: NaCl===Na++Cl- H2O H++OH- ① 阳极:2Cl--2e-===Cl2 ② 阴极:2H++2e-===H2 ③ ①×2+②+③,得电解的总反应离子方程式:2Cl-+2H2O 通电 Cl2↑+H2↑+2OH- 例 6 以铝材为阳极,在 NaOH 溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,试写出电极反应式和总反应方程式。 解析:此电解池为电解质溶液中阳离子与阳极给定产物的电解反应,依据书写步骤可得: NaOH===Na++OH- H2O H++OH- ① 4Al+3O2===2Al2O3 ② 4OH-=== O2+4e-+2H2O ③ (②+③×3)/2,得 阳极:2Al-6e-+6OH-===Al2O3+3H2O ④ 阴极:2H++2e-===H2 ⑤ 通电 ①×6+④+⑤×3,得电解的总反应方程式:2Al+3H2O Al2O3+3H2↑ 4 注:单独写电极反应式或总反应方程式做到系数最简,两电极反应式同时书写做到得失电子数目相等。 通过以上事例分析,熟练运用各类型电极反应书写步骤,有利于解决电化学的相关问题,对培养学生 综合分析问题的能力起到事半功倍的效果。 5


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