電極反應(yīng)方程式的書寫

1、電化學(xué)中電極反應(yīng)式的書寫電化學(xué)中電極反應(yīng)式的書寫不僅是電化學(xué)教學(xué)的重點和難點，更是高考的熱點題型之一，其中， 燃料電池電極反應(yīng)式以及可充電電池電極反應(yīng)式的書寫又是電極反應(yīng)式書寫中的難點。下面筆者就如何正確書寫電極反應(yīng)式進行了較為詳盡的歸納，旨在“拋磚引玉”。一、原電池中電極反應(yīng)式的書寫1、先確定原電池的正負極，列出正負極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。2、注意負極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負極反應(yīng)式；若正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2， 且電解質(zhì)溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應(yīng)式中，且 Q生成OH,若電解質(zhì) 溶液為酸性，則H+必

2、須寫入正極反應(yīng)式中，Q生成水。3、正負極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)式。若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的書寫電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的書寫電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的書寫電極反應(yīng)式。例 1、有人設(shè)計以Pt 和 Zn 為電極材料，埋入人體內(nèi)作為作為某種心臟病人的心臟起搏器的能源。它依靠跟人體內(nèi)體液中含有一定濃度的溶解氧、H和Zn2+進行工作，試寫出該電池的兩極反應(yīng)式。解析：金屬鉑是相對惰性的，金屬鋅是相對活潑的，所以鋅是負極，Zn 失電子成為Zn2+,而不是ZnO或Zn（OH,因為題目已告訴H+參與作用。正極上 Q得電 子成為負二價氧，在H作用下肯定

3、不是O OIW形式，而只能是產(chǎn)物水，體液 內(nèi)的H得電子生成 代似乎不可能。故發(fā)生以下電極反應(yīng)：負極：2Zn 4e-= 2Zn2+,正極：02 + 4H+ + 4e- = 2H2O。例2、用金屬鋁片插入KOH容液中作電極，在兩極上分別通入甲烷和氧氣，形成 甲烷一氧氣燃料電池，該電池反應(yīng)的離子方程式為：CH+2O+2O斗CO2-+3HO,試寫出該電池的兩極反應(yīng)式。解析：從總反應(yīng)式看，Q得電子參與正極反應(yīng)，在堿性性溶液中，Q得電子生成OH,故正極反應(yīng)式為：2O+4HO+8e=8OH。負極上的反應(yīng)式則可用總反應(yīng)式減去 正極反應(yīng)式（電子守恒）得CH4+10OH- 8e- = CO32-+7H2O。二、電

4、解池中電極反應(yīng)式的書寫1、首先看陽極材料，如果陽極是活潑電極（金屬活動順序表Ag 以前），則應(yīng)是陽極失電子，陽極不斷溶解，溶液中的陰離子不能失電子。2、如果陽極是惰性電極（Pt、Au石墨），則應(yīng)是電解質(zhì)溶液中的離子放電，應(yīng)根據(jù)離子的放電順序進行書寫書寫電極反應(yīng)式。陽極（惰性電極）發(fā)生氧化反應(yīng)，陰離子失去電子被氧化的順序為：S2-SO2-I-Br -Cl-OH水電離的OH含氧酸*g離子F-。陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽離子得到電子被還原的順序為：Ag+HFe3+Cuf+ （酸 電離出的 H+） Pb2+ Sn2+Fe2+Zn2+ （水電離出的 H+） Al3+Mcj+ Na+ CaK+0（注：在水溶液中

5、Al3+、Mg Na、Ca K:這些活潑金屬陽離子不被還原，這些活潑金屬的冶煉往往采用電解無水熔融態(tài)鹽或氧化物而制得）。例 3、寫出用石墨作電極，電解飽和食鹽水的書寫電極反應(yīng)式。解析：由于電極材料為石墨，是惰性電極，不參與電極反應(yīng)，則書寫電極反應(yīng)式的書寫只考慮溶液中的離子放電順序即可。移向陽極的陰離子有Cl -和水電離出的OH，但在陽極上放電的是Cl-;移向陰極的陽離子有NW和水電離出的H;但在陰極上放電的是H+o所以上述電解池的電極反應(yīng)為：陽極：2Cl- 2e = CI2T,陰極：2H+2e= H2 T 或 2HO+2e= H2 20Ho若將上述石墨電極改成銅作電極，試寫出電解飽和食鹽水的書

6、寫電極反應(yīng)式。解析：由于電極材料為Cu,是活潑電極，銅參與陽極反應(yīng)，溶液中的陰離子不能失電子，但陰極反應(yīng)仍按溶液中的陽離子放電順序書寫。該電解池的電極反應(yīng)為：陽極：Cu 2e= Cu2+,陰極：2H+2e= H2 T 或 2HO+2e= H2 T+2OH=（注：陽極產(chǎn)生的CiT可與陰極產(chǎn)生的O閣合成Cu（OH沉淀，不會有CiT得電子情況發(fā)生。）三。燃料電池電極反應(yīng)式的書寫電極：惰性電極。燃料包含：H2;姓:如：CH4;醇如：C2H50H等。電解質(zhì)包含：酸性電解質(zhì)溶液如：H2SO4溶液；堿性電解質(zhì)溶液如：NaOH溶液；熔融氧化物如：Y2O3;熔融碳酸鹽如：K2CO3等。第一步：寫出電池總反應(yīng)式燃

7、料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致， 若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng) 為加合后的反應(yīng)。如氫氧燃料電池的總反應(yīng)為：2凡+O=2HO;甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH 溶液)的反應(yīng)為：CH+2O=CO+2HOCO+2NaOH=NCG+HO式+式得燃料電池總反應(yīng)為： CH+2O+2NaOH=NCO+3HO第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是 Q,隨著電解 質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)有所不同，其實，我們只要熟記以下四種情況：(1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：Q+4H+4e-=2HO(2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O+2HO+4e=4OH(3)固體電

8、解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo) C2-)環(huán)境下電極反應(yīng)式：Q+4e=2O-(4)熔融碳酸鹽(如：熔融 K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2+2CO2+4e = 2CO2 一。第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫出電池的負極反應(yīng)式電池的總反應(yīng)和正、負極反應(yīng)之間有如下關(guān)系：電池的總反應(yīng)式=電池正極反應(yīng)式+電池負極反應(yīng)式故根據(jù)第一、二步寫出的反應(yīng)，有：電池的總反應(yīng)式-電池正極反應(yīng)式二電池 負極反應(yīng)式，注意在將兩個反應(yīng)式相減時，要約去正極的反應(yīng)物Q。以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書寫方法：1、酸性條件燃料電池總反應(yīng)：CH+2C=CO2HC燃料電池正極反應(yīng)：C2+4H+4e=2HO-X2,得燃料

9、電池負極反應(yīng)：CH-8e-+2HO=C2+8hf2、堿性條件燃料電池總反應(yīng)：CH+2G+2NaOH=NCC+3HO燃料電池正極反應(yīng)：Q+2HO+4e=4OH-X2,得燃料電池負極反應(yīng)：CH+100H8e-=CO+7HO3、固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo) 02）燃料電池總反應(yīng)：CH+2O=CO+2H2O 燃料電池正極反應(yīng)：Q+4e=202-X2,得燃料電池負極反應(yīng)：CH+4O-8e=CO+2H2O4,熔融碳酸鹽（如：熔融 K2CO3）環(huán)境下電池總反應(yīng)： CH4+2O2 = CO2+2H2O。正極電極反應(yīng)式：O2+2CO2+4e =2CO2-o電池總反應(yīng)-正極電極反應(yīng)式得負極反應(yīng)式：CH4+4CO2-8

10、e=5CO2+2H2O四、可充電電池電極反應(yīng)式的書寫及應(yīng)用（一）解可充電電池試題必備知識1 .對可充電電池充電和放電兩過程認識：放電是原電池反應(yīng)，充電是電解池反應(yīng)。要能根據(jù)題給總反應(yīng)式，寫出原電池總反應(yīng)式和電解池總反應(yīng)式。2 .對可充電電池電極極性和材料的判斷：判斷電池放電時電極極性和材料，可先標(biāo)出放電（原電池）總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目， 失去電子的一極為負 極，該物質(zhì)即為負極材料；得到電子的一極為正極，該物質(zhì)即為正極材料。若判 斷電池充電時電極極性和材料，方法同前，失去電子的一極為陽極，該物質(zhì)即為 陽極材料；得到電子的一極為陰極，該物質(zhì)即為陰極材料。3 .可充電電池電極反應(yīng)式的書寫方法：

11、書寫可充電電池電極反應(yīng)式，一般都是先書寫放電的電極反應(yīng)式。 書寫放電的電 極反應(yīng)式時，一般要遵守三步：第一，先標(biāo)出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和 數(shù)目，指出參與負極和正極反應(yīng)的物質(zhì)； 第二，寫出一個比較容易書寫的電極反 應(yīng)式（書寫時一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存）；第三，在電子守恒 的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。充電的電極反應(yīng)與放電的電極反應(yīng)過程相反， 充電的陽極反應(yīng)為放電正極反 應(yīng)的逆過程，充電的陰極反應(yīng)為放電負極反應(yīng)的逆過程。4 .對可充電電池某電極是發(fā)生氧化還是還原反應(yīng)及某元素被氧化還是被還 原的判斷：可根據(jù)電極反應(yīng)式進行分析，放電（原電池）的負極及充

12、電（電解池） 的陽極均失去電子，發(fā)生了氧化反應(yīng)，其變價元素被氧化；放電(原電池)的正 極及充電(電解池)的陰極均得到電子，發(fā)生了還原反應(yīng)，其變價元素被還原。5 .對溶液中離子的移動方向判斷： 放電時，陰離子移向負極，陽離子移向 正極；充電時，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。6 .可充電電池充電時與電源的連接：可充電電池用完后充電時，原電池的負極與外電源的負極相連，原電池的正極與外電源的正極相連。7 .有關(guān)電化學(xué)的計算：有關(guān)電化學(xué)的計算都必須利用電子守恒，要注意各 電極轉(zhuǎn)移的電子數(shù)均相等。這類計算通常有計算電極的增重或較少量、溶液的 PH、溶液的離子濃度、電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目等。(2) .可充電電池試

13、題的解題策略綜觀歷年高考試題可發(fā)現(xiàn)，解可充電電池試題的關(guān)鍵在于能否正確書寫電極 反應(yīng)式。書寫電極反應(yīng)式的關(guān)鍵是能否正確書寫放電時的電極反應(yīng)式。要正確書寫放電時的電極反應(yīng)式，既要弄清得失電子的物質(zhì)，還要特別注意電極產(chǎn)物是否 與電解質(zhì)溶液共存，要寫出實際存在的電極反應(yīng)式。然后根據(jù)原電池的負極反應(yīng) 與電解池的陽極反應(yīng)、原電池的正極反應(yīng)與電解池的陰極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，即可快速寫出充電時的電極反應(yīng)式。各電極反應(yīng)式順利寫出以后，即可正確解題。(3) .有關(guān)可充電電池高考試題題型分析1 .可充電電池電極極性和材料判斷例4 (2001年廣東化學(xué)卷第2題)鍥鎘(Ni Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活 中有廣泛應(yīng)用，它的

14、充放電反應(yīng)按下式進行：Cd+2NiO(OH) +2H2O岑優(yōu)-Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2。由此可知，該電池放電時的負極材料是()A. Cd(OH)2B. Ni(OH)2C. CdD. NiO(OH)解析：要理解鍥鎘電池放電和充電的過程。 放電是原電池反應(yīng)，根據(jù)題給條 件知放電(原電池)時的總反應(yīng)式為：Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2 +2Ni(OH)2。標(biāo)出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目指出，即可知道參與負極反應(yīng)的物質(zhì)：2enCd+ 2NiO(OH) + 2H2O=Cd(OH)2+ 2Ni(OH)2。從上式可知，Cd 可作負極材料，參與負極反應(yīng)。故應(yīng)選C。點評：

15、此類試題考查可充電電池電極極性和材料判斷，首先要準確判斷充電、放電分別表示什么反應(yīng)(原電池反應(yīng)還是電解池反應(yīng))，并寫出充電、放電的總反應(yīng)式， 然后在總反應(yīng)式上標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，即可正確判斷可充電電池電極極性和材料。2可充電電池電極反應(yīng)式的書寫和判斷例 5( 05 江蘇化學(xué)卷第14 題)高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為3Zn2K2FeO4 + 8H2O3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH,下列敘述不正確的是()A.放電時負極反應(yīng)為：Zn-2e +2OH =Zn(OH)2B.充電時陽極反應(yīng)為：Fe(OH)3

16、-3e + 5OH = FeO42 + 4H2OC.放電時每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1mol K2FeO4被氧化D.放電時正極附近溶液的堿性增強解析： 高鐵電池放電作用是原電池的功能，其總反應(yīng)式為：3Zn 2K2FeO4+ 8H2O=3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH ,根據(jù)上述書寫電極反應(yīng)式的方法可知， 負極反應(yīng)為：Zn 2e+2OH=Zn(OH)2,正極反應(yīng)為：FeC42-+4H2O +3e-=Fe(OH)3 5OH-， A 正確；充電就是發(fā)生電解池反應(yīng)，其總反應(yīng)式為：3Zn(OH)2+ 2Fe(OH)3 + 4KOH=3Zn + 2K2FeQ+ 8H2O,根據(jù)上述書寫電

17、極反應(yīng)式的方法可知，陽極反應(yīng)為：Fe(OH)3+5OH 3e= FeO42+ 4H2O, B正確。放電時每轉(zhuǎn) 移3mol電子，正極有1mol K2FeO4被還原為Fe(OH)3,而不是被氧化，C錯誤。根據(jù)正極反應(yīng)式FeO42 4H2O +3e = Fe(OH)3 5OH 知，放電時生成OH ，故正極附近溶液的堿性增強。故本題應(yīng)選C。點評： 本題主要考查電極反應(yīng)式的書寫、電解質(zhì)溶液的酸堿性變化、及氧化還原反應(yīng)等知識，側(cè)重考查考生對原電池和電解池原理的理解及分析問題的能力。3可充電電池電極發(fā)生氧化、還原反應(yīng)及元素被氧化、被還原判斷例6 （2006年廣東化學(xué)卷第16題）某可充電的鋰離子電池以 LiM

18、n2O4為正極，嵌入鋰的碳材料為負極，含Li +導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時的電池反應(yīng)為：Li+LiMn 2O4=Li2Mn2O4。下列說法正確的是（）A.放電時，LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng)B 放電時，正極反應(yīng)為：Li +LiMn 2O4+e-=Li 2Mn2O4C,充電時，LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng)D 充電時，陽極反應(yīng)為：Li +e-=Li解析： 放電時作為電源來用，根據(jù)放電時的電池反應(yīng)知，負極反應(yīng)式為：Li e-=Li +,正極反應(yīng)式為：Li+LiMn 2O4+e-=Li2Mn2O4, B 正確，但 LiMn2O4發(fā) 生還原反應(yīng)，A錯誤。充電時，陰極反應(yīng)式為：Li+e=Li, D錯誤，陽極反應(yīng)

19、式 為：Li2Mn2O4e-= Li +LiMn 2O4,故應(yīng)是Li2Mn2O4發(fā)生氧化反應(yīng)，而不是LiMn 2O4， C 錯誤。本題應(yīng)選B。點評： 本題主要考查電化學(xué)知識和氧化還原反應(yīng)的有關(guān)知識，雖然新型電池增加了試題的陌生度，但考查原電池及電解池的原理不變，這是解答本類試題的關(guān)鍵。4可充電電池離子的移動方向判斷及總反應(yīng)式的書寫例 7（ 2006 年江蘇化學(xué)卷第14 題）鋰離子電池已成為新一代實用化的蓄電池， 該電池具有能量密度大、電壓高的特性。鋰離子電池放電時的電極反應(yīng)式為：負極反應(yīng)：C6Li xe- = C6Liix + xLi+（C6Li表示鋰原子嵌入石墨形成的復(fù)合材料）正極反應(yīng)：Li

20、ixMO2 + xLi + + xe- = LiMO 2 （LiMO 2表示含鋰的過渡金屬氧化物）下列有關(guān)說法正確的是（）A.鋰離子電池充電時電池反應(yīng)為 C6Li + Lii-xMO2=LiMO2+C6Lii-xB. 電池反應(yīng)中鋰、鋅、銀、鉛各失imol 電子，金屬鋰所消耗的質(zhì)量最小C. 鋰離子電池放電時電池內(nèi)部Li 向負極移動D.鋰離子電池充電時陰極反應(yīng)為 C6Lii x+ xLi +xe =C6Li解析： 將放電的兩電極反應(yīng)式在電子守恒的基礎(chǔ)上相加即得放電時的總反應(yīng)式：C6Li + Li ixMO2= LiMO 2 +C6Li ix,充電時的總反應(yīng)式應(yīng)為放電總反應(yīng)式的逆反應(yīng)，故A 錯誤；在

21、鋰、鋅、銀、鉛金屬中，鋰的摩爾質(zhì)量最小，所以各失去 imol 電子，消耗金屬鋰的質(zhì)量最小，B 正確。電池工作時，陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，C錯誤。充電時的陰極反應(yīng)與放電時的負極反應(yīng)互為逆 反應(yīng)，故D正確。本題應(yīng)選BD。點評：本題以鋰離子電池為背景材料，全面考查了蓄電池的反應(yīng)原理、 電極 反應(yīng)、離子流向等知識，要求考生能將所學(xué)知識靈活遷移運用。5.可充電電池考點的綜合應(yīng)用例8 (2006年重慶理綜卷第27題)鉛蓄電池是典型的可充型電池，它的正 負極格板是惰性材料，電池總反應(yīng)式為：Pb+Pb2PbS(4+2HO請回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原)：放電時：正極的電極反應(yīng)式是 ;電解液

22、中H2SO的濃度將變;當(dāng)外電路通過1mol電子時，理論上負極板的 質(zhì)量增加g 。在完全放電耗盡PbO和Pb時，若按右圖連接，電解一段時間后，則在 A 電極上生成、B電極上生成,此時鉛蓄電池的正負極的極性 將 0解析：解析：因為放電為原電池反應(yīng)：Pb+Pb(2+2H2SO =2PbS(4+2H2a Pb失電子發(fā)生負極反應(yīng)，產(chǎn)生的Pb2+在H2SO溶液中結(jié)合SO2-生成難溶于水的PbSO,故 其負極反應(yīng)式為：Pb+SO- 2e=PbSQ由電子守恒可知，其正極反應(yīng)式為總式 減去負極反應(yīng)式：PbO+ SO2-+4l4+2e= PbSO+2HQ充電為電解池反應(yīng)，其電極反應(yīng)式書寫是這樣的，陰極反應(yīng)式為原電

23、池負極 反應(yīng)式的逆反應(yīng)，即PbS(4+2e=Pb+sO-;陽極反應(yīng)式為原電池正極反應(yīng)式的逆反 應(yīng)，即PbS(4+2H2O-2e= PbO+ SG2-+4H+。根據(jù)總反應(yīng)式H2SO的濃度會不斷減小， 所以應(yīng)定期補充H2SO。根據(jù)負極反應(yīng)：Pb+ SO2 2e-=PbSO,可知，每轉(zhuǎn)移2 mol電子，負極板增加1mol的質(zhì)量，因為負極板由Pb變?yōu)镻bSQ故外電路通 過1mol電子時，理論上負極板的質(zhì)量增加 48g。當(dāng)外加電源后，鉛蓄電池變成了電解池，A極為陰極，電極反應(yīng)式為：PbS(4+2e-=Pb+ SO2一, B極為陽極，電極反應(yīng)式為：PbSO+ 2H2O-2e- = PbO+ 4H+ + SO2-0這樣，A電極上生成Pb, B電極上生成PbO,此時鉛蓄電池的正 負極的極性將對換。答案：PbO+2e+ 4H + SO2=PbSO+ 2HO小 48 Pb PbO 2 對換點評： 本題關(guān)于電化學(xué)，正確書寫電極反應(yīng)式是解決本類問題的關(guān)鍵。在書寫過程中要注意，電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存，不共存要參與電極反應(yīng)，如本題中的與Pb2+與SO2不共存，要發(fā)生反應(yīng)生成 PbSQ五、特殊情況電極反應(yīng)式的書寫在書寫電極反應(yīng)式時，一定要注意一些特殊情況。1、