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电池的电极反应属于氧化还原反应的半反应,学生开始学时就感到陌生、难理解,即便是通过一段时间的练习,学生还是掌握的不好,举一反三能力差,遗忘率高.究其原因,关键是讲解该知识点时没有和学生已有知识发生联系,没有透彻理解电极反应的历程,下面通过例题来说明如何在已有知识的基础上理解性地书写电极反应式.
一、借助“氧离子”的性质书写电极反应式
氧离子的性质:
(1)CaO+2HClCaCl2+H2O,反应的实质:O2-+2H+H2O.
(2)CaO+H2OCa(OH)2,反应的实质:O2-+H2O2OH-.
(3)CaO+CO2CaCO3,反应的实质:O2-+CO2CO2-3.
在书写电极反应式时运用氧离子的性质能加深理解,降低书写难度,使电极反应可以顺利直接写出.
若电极上产生氧离子,氧离子先与氢离子反应,当溶液中氢离子浓度极小时(中性或碱性),氧离子与水反应.
例1可以将氧化还原反应2H2+O22H2O设计成原电池.
(1)当稀硫酸做电解质溶液,则电极反应式为:.
正极,负极.
(2)当稀KOH溶液做电解质溶液,则电极反应式为:.正极,负极.
解析:(1)酸的溶液,正极:第一步,O2+4e-2O2-;第二步,2O2-+4H+2H2O(因电解质溶液是稀硫酸,氧离子极易与氢离子反应,实验依据为:CaO+2HClCaCl2+H2O);第三步,电极反应式为:O2+4H++4e-2H2O(第一步和第二部相加).负极:H2-2e-2H+.(2)碱的溶液,正极:第一步,O2+4e-2O2-;第二步,O2-+H2O2OH-(因电解质溶液是KOH稀溶液,氧离子只能与水电离出的氢离子结合生成氢氧根离子,实验依据为:CaO+H2OCa(OH)2);第三步,电极反应式为:O2+2H2O+4e-4OH-(第二步乘2与第一步相加).负极:第一步,H2-2e-2H+;第二步,H++OH-H2O(因电解质溶液是KOH稀溶液);第三步,电极反应式为:H2+2OH--2e-2H2O(第二步乘2与第一步相加).
例2银锌电池以KOH为电解质溶液,其电池总反应式为:Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2,则电极反应式为:.
正极,负极.
解析:正极:第一步,Ag2O(氧化剂)+2e-2Ag(还原产物),第二步,+1价的银在得电子的同时Ag2O破裂产生O2-,在KOH溶液中,氧离子只能与水电离出的氢离子结合生成氢氧根离子,即O2-+H2O2OH-;第三步,电极反应式为:Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-.负极:第一步,Zn(还原剂)-2e-Zn(OH)2(氧化产物);第二步,因以KOH为电解质溶液,电极反应式为:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2.
例3CO燃料电池,总反应方程式均为:2CO+O22CO2,铂为两极,Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制成650℃下工作的燃料电池.请书写电极反应式.
正极,负极.
解析:正极:第一步,O2+4e-2O2-;第二步,O2-+CO2CO2-3;第三步,反应式为:O2+4e-+2CO22CO2-3(第二步乘2与第一步相加).负极:CO-2e-CO2,碳的化合价升高的同时结合氧,因以Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质,只能争夺碳酸根中的氧离子,反应式为2CO+2CO2-3-4e-4CO2(或从电荷守恒的角度思考,只能用CO2-3离子来配平电荷).
二、借助“氢离子”的性质书写电极反应式
氢离子的性质:
(1)HCl+NaOHNaCl+H2O,实质:H++OH-H2O.
(2)2HCl+CaOCaCl2+H2O,实质:2H++O2-2H2O.
(3)2HCl+Na2CO32NaCl+CO2↑+H2O,实质:2H++CO2-3CO2↑+H2O.
若负极上产生氢离子,氢离子易与氢氧根离子、氧离子、碳酸根反应.
例4若燃料电池负极通CH4,熔融的碳酸钠作电解质,铂为两极,正极通入O2和CO2,则电极反应式为:,总反应式为.负极:,正极:.
解析:总反应就是燃烧,CH4+2O2CO2+2H2O.负极:CH4-8e-CO2,碳元素化合价升高、与氧结合,因电解质是熔融的碳酸钠,一定是由CO2-3提供的氧离子,同时CH4破裂产生H+,2H++CO2-3CO2↑+H2O,所以反应式为:CH4+4CO2-3-8e-5CO2+2H2O;正极反应式为:2O2+4CO2+8e-4CO2-3.
明显的看出以上电极反应式的书写都遵循:碱性溶液反应物、生成物中均无H+;中性溶液反应物中无H+和OH-;酸性溶液反应物、生成物中均无OH-.
总之,书写电池的电极反应式时可以从以上视角思考,只要将电池反应的概念融进了学生的已有知识结构,并且理解了电极反应的本质,再通过一定数量的练习,化学电池的电极反应式的书写是能够掌握的.
作者单位:新疆乌鲁木齐市第四十一中学
一、借助“氧离子”的性质书写电极反应式
氧离子的性质:
(1)CaO+2HClCaCl2+H2O,反应的实质:O2-+2H+H2O.
(2)CaO+H2OCa(OH)2,反应的实质:O2-+H2O2OH-.
(3)CaO+CO2CaCO3,反应的实质:O2-+CO2CO2-3.
在书写电极反应式时运用氧离子的性质能加深理解,降低书写难度,使电极反应可以顺利直接写出.
若电极上产生氧离子,氧离子先与氢离子反应,当溶液中氢离子浓度极小时(中性或碱性),氧离子与水反应.
例1可以将氧化还原反应2H2+O22H2O设计成原电池.
(1)当稀硫酸做电解质溶液,则电极反应式为:.
正极,负极.
(2)当稀KOH溶液做电解质溶液,则电极反应式为:.正极,负极.
解析:(1)酸的溶液,正极:第一步,O2+4e-2O2-;第二步,2O2-+4H+2H2O(因电解质溶液是稀硫酸,氧离子极易与氢离子反应,实验依据为:CaO+2HClCaCl2+H2O);第三步,电极反应式为:O2+4H++4e-2H2O(第一步和第二部相加).负极:H2-2e-2H+.(2)碱的溶液,正极:第一步,O2+4e-2O2-;第二步,O2-+H2O2OH-(因电解质溶液是KOH稀溶液,氧离子只能与水电离出的氢离子结合生成氢氧根离子,实验依据为:CaO+H2OCa(OH)2);第三步,电极反应式为:O2+2H2O+4e-4OH-(第二步乘2与第一步相加).负极:第一步,H2-2e-2H+;第二步,H++OH-H2O(因电解质溶液是KOH稀溶液);第三步,电极反应式为:H2+2OH--2e-2H2O(第二步乘2与第一步相加).
例2银锌电池以KOH为电解质溶液,其电池总反应式为:Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2,则电极反应式为:.
正极,负极.
解析:正极:第一步,Ag2O(氧化剂)+2e-2Ag(还原产物),第二步,+1价的银在得电子的同时Ag2O破裂产生O2-,在KOH溶液中,氧离子只能与水电离出的氢离子结合生成氢氧根离子,即O2-+H2O2OH-;第三步,电极反应式为:Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-.负极:第一步,Zn(还原剂)-2e-Zn(OH)2(氧化产物);第二步,因以KOH为电解质溶液,电极反应式为:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2.
例3CO燃料电池,总反应方程式均为:2CO+O22CO2,铂为两极,Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制成650℃下工作的燃料电池.请书写电极反应式.
正极,负极.
解析:正极:第一步,O2+4e-2O2-;第二步,O2-+CO2CO2-3;第三步,反应式为:O2+4e-+2CO22CO2-3(第二步乘2与第一步相加).负极:CO-2e-CO2,碳的化合价升高的同时结合氧,因以Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质,只能争夺碳酸根中的氧离子,反应式为2CO+2CO2-3-4e-4CO2(或从电荷守恒的角度思考,只能用CO2-3离子来配平电荷).
二、借助“氢离子”的性质书写电极反应式
氢离子的性质:
(1)HCl+NaOHNaCl+H2O,实质:H++OH-H2O.
(2)2HCl+CaOCaCl2+H2O,实质:2H++O2-2H2O.
(3)2HCl+Na2CO32NaCl+CO2↑+H2O,实质:2H++CO2-3CO2↑+H2O.
若负极上产生氢离子,氢离子易与氢氧根离子、氧离子、碳酸根反应.
例4若燃料电池负极通CH4,熔融的碳酸钠作电解质,铂为两极,正极通入O2和CO2,则电极反应式为:,总反应式为.负极:,正极:.
解析:总反应就是燃烧,CH4+2O2CO2+2H2O.负极:CH4-8e-CO2,碳元素化合价升高、与氧结合,因电解质是熔融的碳酸钠,一定是由CO2-3提供的氧离子,同时CH4破裂产生H+,2H++CO2-3CO2↑+H2O,所以反应式为:CH4+4CO2-3-8e-5CO2+2H2O;正极反应式为:2O2+4CO2+8e-4CO2-3.
明显的看出以上电极反应式的书写都遵循:碱性溶液反应物、生成物中均无H+;中性溶液反应物中无H+和OH-;酸性溶液反应物、生成物中均无OH-.
总之,书写电池的电极反应式时可以从以上视角思考,只要将电池反应的概念融进了学生的已有知识结构,并且理解了电极反应的本质,再通过一定数量的练习,化学电池的电极反应式的书写是能够掌握的.
作者单位:新疆乌鲁木齐市第四十一中学