電極反應式的書寫,對于原電池的初學者來說,是一大難點。如何較輕松地突破這一難點呢?關(guān)鍵是掌握書寫電極反應式的書寫技巧。
在書寫和判斷原電池的電極反應式時,首先應正確判斷原電池的兩個電極名稱,然后根據(jù)原電池及氧化還原反應原理可得:
負極:還原劑+介質(zhì)-ne=氧化產(chǎn)物+介質(zhì)
正極:氧化劑+介質(zhì)+ne=還原產(chǎn)物+介質(zhì)
介質(zhì)1、介質(zhì)2一般為H與HO或HO與OH,酸性溶液中不應出現(xiàn)OH,堿性溶液中不應出現(xiàn)H。正、負極電極反應式中介質(zhì)1、介質(zhì)2不一定完全抵消。
要把電極反應式準確寫出,最關(guān)鍵的是把握準總反應。我們可以通過總反應進一步寫出電極反應式,即通總反應判斷出發(fā)生氧化和還原的物質(zhì)(原電池的條件之一就是自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應),將氧化與還原反應分開,結(jié)合反應環(huán)境,便可得到兩極反應。
1.準確判斷兩個電極
?。?)由兩極的相對活潑性確定。相對活潑性較強(針對電解質(zhì)溶液而言)的金屬為負極(一般地,負極材料與電解質(zhì)溶液要發(fā)生反應),相對活潑性較差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘俚葹檎龢O。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。
(2)根據(jù)電子或電解質(zhì)溶液中離子運動方向判斷。電子流出的一極是負極,電子流入的一極是正極。
?。?)根據(jù)兩極發(fā)生的變化或現(xiàn)象來判斷。氣體析出、增重的一極為正極。
例1.將鋅片和鋁片用導線相連,分別插入稀硫酸、濃硫酸中,寫出兩原電池中的電極反應式和電池反應式。
解析:①稀硫酸作電解質(zhì)溶液時,較活潑的鋁被氧化,鋅片上放出氫氣,所以:負極(鋁片):2Al-6e=2Al,正極(鋅片):6H+6e=3H↑,電池反應:2Al+6H=2Al+3H↑。
?、跐饬蛩嶙麟娊赓|(zhì)溶液時,因常溫下鋁在濃硫酸中發(fā)生鈍化現(xiàn)象,而鋅能與濃硫酸反應,所以此時鋅片作負極,鋁片作正極。
負極(鋅片):Zn-2e=Zn
正極(鋁片):4H+SO+2e=SO↑+2HO
電池反應:Zn+2HSO(濃)=ZnSO+SO↑+2HO
2.燃料電池電極反應式的書寫
燃料電池是一種不經(jīng)燃燒,將燃料的化學能經(jīng)過電化學反應直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,它和其他電池中的氧化還原反應一樣,都是自發(fā)的化學反應,不會產(chǎn)生火焰。所有的燃料電池的工作原理都是一樣的,其電極反應的書寫同樣是有規(guī)律可循的。一般燃料電池發(fā)生的電化學反應的最終產(chǎn)物與燃燒產(chǎn)物相同,可根據(jù)燃燒反應寫出總的電池反應,但不注明反應的條件。負極發(fā)生氧化反應,正極發(fā)生還原反應,不過要注意一般電解質(zhì)溶液要參與電極反應。
例2.我國首創(chuàng)以鋁—空氣—海水電池作為能源的新型海水標志燈,以海水為電解質(zhì),靠空氣中的氧氣使鋁不斷被氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘,就會發(fā)出耀眼的白光。試寫出電源正負極材料名稱、電極反應式。
分析:負極本身參加反應被氧化,正極必須能導電而本身不參加反應。因此電源負極材料為鋁,電源正極材料為石墨等能導電的惰性材料。負極反應為:4Al-12e=4Al;正極反應為:3O+6HO+12e=12OH。
例3.(1)美國阿波羅宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池是一種新型的化學電源。氫氧燃料電池的突出優(yōu)點是把化學能直接轉(zhuǎn)化為電能,而不經(jīng)過熱能中間形式。電極反應產(chǎn)生的水,經(jīng)冷凝后又可作為宇航員的飲用水,發(fā)生的反應為:2H+O=2HO,則電極反應式分別為:負極?搖?搖?搖?搖,正極?搖?搖?搖?搖。
?。?)如把KOH改為稀HSO作導電物質(zhì),則電極反應式為?搖?搖?搖?搖、?搖?搖?搖?搖。(1)和(2)的電池液不同,反應進行后,其溶液的pH各有何變化?
?。?)如把H改為甲烷,KOH作導電物質(zhì),則電極反應式為?搖?搖?搖?搖、?搖?搖?搖?搖。如果用稀HSO作導電物質(zhì),則電極反應式為?搖?搖?搖?搖、?搖?搖?搖?搖。
分析:電解質(zhì)溶液為堿性時,書寫電極反應式可出現(xiàn)OH,但不能出現(xiàn)H;同樣,電解質(zhì)溶液為酸性時,書寫電極反應式可出現(xiàn)H,但不能出現(xiàn)OH。
答案:(1)負極:2H+4OH-4e=4HO,正極:O+2HO+4e=4OH。
?。?)負極:2H-4e=4H;正極:O+4H+4e=2HO。
?。?)負極:CH+10OH-8e=CO+7HO;正極:O+2HO+4e=4OH。
負極:CH+2HO-8e=CO+8H;正極:O+4H+4e=2HO。
點評:解決此題的關(guān)鍵是理解原電池的有關(guān)概念,注意溶液環(huán)境(即酸性、堿性或中性),熟悉原電池電極反應式的一般書寫方法。