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“五妙招”巧學電化學

 當代教育大視野 2016-09-15

、原電池電極種類巧判斷

學習原電池知識,電極種類的判斷是個難點,判斷的方法、依據(jù)有多種,但從如下角度進行分析,則可找到具有普遍意義上的判斷技巧。

1.靜態(tài)判斷法

只根據(jù)電極材料性質電解質溶液性質進行判斷。

(1)兩電極材料均能與電解質溶液直接反應:由于原電池的負極將是提供電子的電極,而較活潑的金屬更容易失去電子,因此較活潑的金屬作負極。

(2)只有一種電極材料能與電解質溶液直接反應:能反應的材料負極,如將鋁、銅用導線連接起來放入濃HNO3中,因鋁常溫下被硝酸鈍化而銅能與濃硝酸反應,故銅是負極。

(3) 兩電極材料均不能與電解質溶液直接反應:在中學化學中,主要為吸氧腐蝕型 (有時也會涉及析氫腐蝕的原電池,比較活潑的金屬作負極,此類原電池的正極電極反應O2 +2H2O+4e===4OH(2H++2e===H2),如鋼鐵的吸氧腐蝕,鐵作負極,碳作正極。

2.依據(jù)總反應方程式判斷

發(fā)生氧化反應的電極是負極(若還原劑是導體材料,則還原劑可直接負極),如燃料電池中,燃料物質總是在負極上失去電子。

3.動態(tài)判斷

根據(jù)反應過程中電極變化情況進行判斷

(1)依據(jù)電子流動方向:電子流出的電極是負極。

(2)依據(jù)離子定向移動方向:由于還原劑在負極上失去電子后形成了陽離子,故負極區(qū)帶正電,在電場作用下陰離子總是移向負極。

(3)依據(jù)反應現(xiàn)象判斷:若反應過程中有氣體生成,則它一定是正極上形成的。

二、原電池電極反應式的書寫

1.書寫原則

(1)一致性原則:原電池的負極(正極)發(fā)生的反應一定是還原劑(氧化劑)失去(得到)電子的反應。

(2)守恒原則:電極反應式一定要遵循質量守恒電荷守恒。

(3)共存原則:電極反應式中出現(xiàn)的物質應該能與電解質溶液共存。如AlMgNaOH原電池,鋁在負極上失去電子后應生成Al3+,但Al3+NaOH溶液中會轉化為AlO2 ,故負極反應式:Al+4OH-3e==AlO2+2H2O。

另外,幾種元素或物質在不同酸堿性介質中發(fā)生反應后的具體存在形態(tài)如表所示務必記住。

常見元素或物質

    H

     C

       O2 

     Al

堿性條件

  H2O

  CO32 

     OH

  AlO2()

酸性條件

  H+

  CO2 

     H2O 

   Al3+ 

2.書寫過程

2012年課標全國卷第26題中電極反應式的書寫為例進行分析MnO2Zn電池類似,K2FeO4Zn也可以組成堿性電池,K2FeO4在電池中作為正極材料,其電極反應式為____________

(1)先寫出氧化劑與還原產(chǎn)物(還原劑與氧化產(chǎn)物)化學式(屬于可溶性強電解質的要寫成離子形式),并結合元素化合價的變化,標出氧化劑(還原劑)得到(失去)電子的數(shù)目。

K2FeO4中的Fe6+在正極上得到電子被還原為Fe3+,元素價態(tài)變化為3個單位,故有FeO42+3eFe(OH)3[在堿性條件下,Fe3+轉化為Fe(OH)3。

(2)依據(jù)電荷守恒電解質溶液酸堿性添加H+OH(牢記:酸性溶液中不能添加OH,堿性溶液中能添加H+)。本題中介質為堿性溶液,根據(jù)電荷守恒,故應在電極反應式右側添加5OH得:FeO42+3eFe(OH)3+5OH。

(3)依質量守恒原理及左右兩側元素構成添加相應的物質(溶液中多數(shù)情況下是添加),可得其正極電極反應式為FeO42+3e+4H2O==Fe(OH)3+5OH。再比如:CH3OH-O2燃料電池(硫酸作電解質),因是酸性電解質,碳元素轉化為CO2、氫元素轉化為H+,O2得電子后轉化為H2O,故負極上電極反應式為CH3OH6eCO2+H+根據(jù)電荷守恒及質量守恒得CH3OH6e+H2O==CO2+6H+,則正極的電極反應式為O2+4e+4H+==2H2O 

此外,原電池中,兩個電極反應式的總和就是電池工作時的總反應式。

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