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解码原电池反应类型和电极反应式书写
【关键词】 ;
【正文】摘 要:原电池知识是高中化学中的重要知识模块,在学习原电池时,学生最感到困难的是电池反应的判断和电极反应式的书写,本文主要解码原电池反应常见类型及电极反应式的书写。
关键词:新课程原电池反应电极反应式
随着课程改革的逐步推进,化学新课程教材中的选修模块《电化学反应原理》成了高考必考模块。总结近几年各地高考题中对电极反应式书写的考查,可以发现试题类型可谓多样、题目情形可谓是标新立异。下面笔者就结合教学经验,对《电化学反应原理》模块中的原电池反应类型判断和电极反应式书写借助例题来谈谈这类试题的解答方法。
原电池知识是氧化还原反应知识的进一步应用,其中原电池的形成条件之一是原电池反应必须自发的氧化还原反应。原电池的总反应就是自发的氧化还原反应,概括起来实际就三种原电池的总反应类型:(1)电极与电解质反应型;(2)燃料电池型;(3)吸氧腐蚀型。
一、电极与电解质反应型
1、电极与电解质反应型的判断方法:电极能与电解质直接反应。
2、电池总反应和电极反应式的书写方法:一般先写总反应式,后写电极反应式。总反应式就是电极与电解质反应的方程式,如两电极都与电解质反应,总反应即为活泼的电极与电解质的反应方程式,为了便于书写电极反应式,总方程式有离子方程式最好写离子方程式。电极反应式书写,观察原电池总方程式,先写简单电极反应式(一般先写负极),另一极电极反应式=总反应式—已写电极反应式。
例题:电极为Zn,Cu;电解质为稀H2SO4
总反应:Zn+2H+=Zn2++H2↑
负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+
正极(Cu):2H++2e-=H2↑
二、燃料电池型
1、燃料电池型的判断方法:电极一般都为惰性电极,氧化剂一般是O2作氧化剂,还原剂为可燃物,都是从外界通入电池两极参与电池反应。
2、电池总反应和电极反应式的书写方法:一般先写总反应式,后写电极反应式。燃料电池的总反应式和燃料燃烧时的总反应一样,如生成物与电解液能继续反应的要考虑继续反应,总反应式有离子反应最好写离子方程式。电极反应式书写,先写固定正极反应式,负极反应式=燃烧总反应式—固定正极反应式。
3、燃料电池常见类型
(1)碱性溶液燃料电池(如电解质溶液为KOH溶液,电极为惰性电极)。
固定正极反应式:O2+2H2O+4e-=4OH-,(反应过程:O2+4e-=2O2-,2O2-+2H2O=4OH-,O2-在碱性条件下不能单独存在,只能结合H2O生成OH-)。
例题:CH3OH|KOH溶液|O2
总反应式:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。
(反应过程:2CH3OH+3O2=2 CO2+4H2O 12CO2+4OH-=2CO32-+2H2O)
正极反应式:3O2+6H2O+12e-=12OH-(O2+2H2O+4e-=4OH-)
负极反应式:2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O (CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O)
电解液PH变化:PH变小。(从总反应看既反应了碱又生成水使电解液碱性减弱,PH变小。)
(2)酸性溶液燃料电池(如电解质溶液为H2SO4溶液,电极为惰性电极)
固定正极反应式:O2+4H++4e-=2H2O(反应过程:O2+4e-=2O2-,2O2-+4H+=2H2O,O2在酸性条件下不能单独存在,只能结合H+生成H2O)。
例题:CH3CH2OH|H2SO4(30%)|O2
总反应式:CH3CH2OH+3O2=2CO2+3H2O。(反应过程:CH3CH2OH+3O2=2CO2+3H2O,生成物不与
电解液反应此反应即为总反应式)
正极反应式:3O2+12H++12e-=6H2O(O2+4H++4e-=2H2O)
负极反应式:CH3CH2OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+
电解液PH变化:PH变大。(从总反应看反应生成水稀释电解液使电解液酸性减弱,PH变大。)
(3)质子交换膜燃料电池(膜只传递质子即H+)
质子交换膜燃料电池,是一种新型燃料电池,其电解质是一种固体有机膜,在增湿情况下,不传导电子,是氢离子的优良导体,它既作为电解质提供氢离子的通道,又作为隔膜隔离两极反应气体。膜的两边是气体电极,由碳纸和催化剂组成,负极为燃料电极,正极为氧电极。流场板通常由石墨制成。多个电池单体根据需要串联或并联,组成不同功率的电池组(电堆)。工作环境温度一般60℃-80℃,属低温燃料电池。
例题:H2/O2(电解质为质子交换膜)
固定正极反应式:O2+4e+4H+=2H2O
总反应式:2H2+O2=2H2O
正极反应式:O2+4H++4e-=2H2O
负极反应式:2H2–4e-=4H+(H2-2e-=2H+)
三、吸氧腐蚀型
1、吸氧腐蚀型的判断方法:这类原电池特点是金属电极不与电解质反应也不属于燃料电池,那一般就属于原电池的吸氧腐蚀型。
2、电池总反应和电极反应式的书写方法:一般先写电极反应式,后写总反应式,固定正极反应式O2+2H2O+4e-=4OH-,负极一般通式:M - ne- = Mn+ ;总反应式=正极反应式+负极反应式,但正负极得失电子必须相等才能相加。
例题:电极分别为Fe、石墨,电解质为NaCl溶液
正极(石墨):O2+2H2O+4e-=4OH-
负极(Fe): Fe-2e-=Fe2+ (2Fe-4e-=2Fe2+ )
总反应式: 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
总之,对于原电池反应类型和电极反应式书写来说,最重要的是明白原电池的工作原理,这一点对学生来说不难理解,但是对于有电解质溶液参与的电极反应来说就不知如何是好,正负极也能找到,就是写不出电极反应式,负极失电子正极得电子都知道,却忽略了得失电子变成离子后要进入溶液中,如果溶液中存在的离子与在正极负极得失电子变成的离子不能共存,则要继续反应,反之,不反应共存于溶液中。如果能分析清楚这些,那么难题也就迎刃而解了。
参考文献:
【1】安新远. 依据总反应式书写电极反应式[J]. 中学化学教学参考. 2005年Z1期
【2】邹瑞鑫. 浅谈书写原电池电极反应式的教学[J]. 中学教学参考.2011年14期
关键词:新课程原电池反应电极反应式
随着课程改革的逐步推进,化学新课程教材中的选修模块《电化学反应原理》成了高考必考模块。总结近几年各地高考题中对电极反应式书写的考查,可以发现试题类型可谓多样、题目情形可谓是标新立异。下面笔者就结合教学经验,对《电化学反应原理》模块中的原电池反应类型判断和电极反应式书写借助例题来谈谈这类试题的解答方法。
原电池知识是氧化还原反应知识的进一步应用,其中原电池的形成条件之一是原电池反应必须自发的氧化还原反应。原电池的总反应就是自发的氧化还原反应,概括起来实际就三种原电池的总反应类型:(1)电极与电解质反应型;(2)燃料电池型;(3)吸氧腐蚀型。
一、电极与电解质反应型
1、电极与电解质反应型的判断方法:电极能与电解质直接反应。
2、电池总反应和电极反应式的书写方法:一般先写总反应式,后写电极反应式。总反应式就是电极与电解质反应的方程式,如两电极都与电解质反应,总反应即为活泼的电极与电解质的反应方程式,为了便于书写电极反应式,总方程式有离子方程式最好写离子方程式。电极反应式书写,观察原电池总方程式,先写简单电极反应式(一般先写负极),另一极电极反应式=总反应式—已写电极反应式。
例题:电极为Zn,Cu;电解质为稀H2SO4
总反应:Zn+2H+=Zn2++H2↑
负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+
正极(Cu):2H++2e-=H2↑
二、燃料电池型
1、燃料电池型的判断方法:电极一般都为惰性电极,氧化剂一般是O2作氧化剂,还原剂为可燃物,都是从外界通入电池两极参与电池反应。
2、电池总反应和电极反应式的书写方法:一般先写总反应式,后写电极反应式。燃料电池的总反应式和燃料燃烧时的总反应一样,如生成物与电解液能继续反应的要考虑继续反应,总反应式有离子反应最好写离子方程式。电极反应式书写,先写固定正极反应式,负极反应式=燃烧总反应式—固定正极反应式。
3、燃料电池常见类型
(1)碱性溶液燃料电池(如电解质溶液为KOH溶液,电极为惰性电极)。
固定正极反应式:O2+2H2O+4e-=4OH-,(反应过程:O2+4e-=2O2-,2O2-+2H2O=4OH-,O2-在碱性条件下不能单独存在,只能结合H2O生成OH-)。
例题:CH3OH|KOH溶液|O2
总反应式:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。
(反应过程:2CH3OH+3O2=2 CO2+4H2O 12CO2+4OH-=2CO32-+2H2O)
正极反应式:3O2+6H2O+12e-=12OH-(O2+2H2O+4e-=4OH-)
负极反应式:2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O (CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O)
电解液PH变化:PH变小。(从总反应看既反应了碱又生成水使电解液碱性减弱,PH变小。)
(2)酸性溶液燃料电池(如电解质溶液为H2SO4溶液,电极为惰性电极)
固定正极反应式:O2+4H++4e-=2H2O(反应过程:O2+4e-=2O2-,2O2-+4H+=2H2O,O2在酸性条件下不能单独存在,只能结合H+生成H2O)。
例题:CH3CH2OH|H2SO4(30%)|O2
总反应式:CH3CH2OH+3O2=2CO2+3H2O。(反应过程:CH3CH2OH+3O2=2CO2+3H2O,生成物不与
电解液反应此反应即为总反应式)
正极反应式:3O2+12H++12e-=6H2O(O2+4H++4e-=2H2O)
负极反应式:CH3CH2OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+
电解液PH变化:PH变大。(从总反应看反应生成水稀释电解液使电解液酸性减弱,PH变大。)
(3)质子交换膜燃料电池(膜只传递质子即H+)
质子交换膜燃料电池,是一种新型燃料电池,其电解质是一种固体有机膜,在增湿情况下,不传导电子,是氢离子的优良导体,它既作为电解质提供氢离子的通道,又作为隔膜隔离两极反应气体。膜的两边是气体电极,由碳纸和催化剂组成,负极为燃料电极,正极为氧电极。流场板通常由石墨制成。多个电池单体根据需要串联或并联,组成不同功率的电池组(电堆)。工作环境温度一般60℃-80℃,属低温燃料电池。
例题:H2/O2(电解质为质子交换膜)
固定正极反应式:O2+4e+4H+=2H2O
总反应式:2H2+O2=2H2O
正极反应式:O2+4H++4e-=2H2O
负极反应式:2H2–4e-=4H+(H2-2e-=2H+)
三、吸氧腐蚀型
1、吸氧腐蚀型的判断方法:这类原电池特点是金属电极不与电解质反应也不属于燃料电池,那一般就属于原电池的吸氧腐蚀型。
2、电池总反应和电极反应式的书写方法:一般先写电极反应式,后写总反应式,固定正极反应式O2+2H2O+4e-=4OH-,负极一般通式:M - ne- = Mn+ ;总反应式=正极反应式+负极反应式,但正负极得失电子必须相等才能相加。
例题:电极分别为Fe、石墨,电解质为NaCl溶液
正极(石墨):O2+2H2O+4e-=4OH-
负极(Fe): Fe-2e-=Fe2+ (2Fe-4e-=2Fe2+ )
总反应式: 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
总之,对于原电池反应类型和电极反应式书写来说,最重要的是明白原电池的工作原理,这一点对学生来说不难理解,但是对于有电解质溶液参与的电极反应来说就不知如何是好,正负极也能找到,就是写不出电极反应式,负极失电子正极得电子都知道,却忽略了得失电子变成离子后要进入溶液中,如果溶液中存在的离子与在正极负极得失电子变成的离子不能共存,则要继续反应,反之,不反应共存于溶液中。如果能分析清楚这些,那么难题也就迎刃而解了。
参考文献:
【1】安新远. 依据总反应式书写电极反应式[J]. 中学化学教学参考. 2005年Z1期
【2】邹瑞鑫. 浅谈书写原电池电极反应式的教学[J]. 中学教学参考.2011年14期
- 【发布时间】2021/3/27 17:51:34
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