介质对原电池电极反应方程式书写的影响

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  【摘 要】 原电池是由两根电极和电解质溶液(即介质)组成。其电极反应除了与电极材料本身的性质有关外,还与电解质溶液的性质有关。
  【关 键 词】 介质;电解质溶液;电极反应式
  原电池是由两根电极和电解质溶液(即介质)组成。其电极反应除了与电极材料本身的性质有关外,还与电解质溶液的性质有关。有的原电池放电时的总反应方程式相同,但电池中的电解质不同,其电极反应就不同。学生对不同电解质时,电极方程式的书写容易出错,尤其遇到陌生电解质类题目时往往无从下手。因此在原电池原理及应用的教学过程中应特别予以注意。下面就介质对电极反应方程式书写的影响进行小结。
  一、影响电极反应方程式的书写
  例1 甲烷燃料电池中,如分别以下列四种电解质中构成原电池,书写电极反应方程式与总反应方程式。
  (1)H2SO4溶液
  (2)NaOH溶液
  (3)ZrO2、Y2O3固体(高温下能传导O2-)
  (4)熔融的K2CO3(正极通入的O2中混有CO2)。
  解:(1)酸性条件:加H 使进行电荷守恒。
  正极:2O2 8H 8e-=4H2O
  负极:CH4-8e- 2H2O=CO2 8H
  总反应式:CH4 2O2=CO2 2H2O
  (2)碱性条件:加OH-使进行电荷守恒。
  正极:2O2 4H2O 8e-=8OH-
  负极:CH4-8e- 10OH-=CO32- 7H2O
  总反应式:CH4 2O2 2NaOH=Na2CO3 3H2O
  (3)固体电解质:加CO32-使进行电荷守恒。
  正极:2O2 8e-=4O2-
  负极:CH4-8e- 4O2-=CO2 2H2O
  总反应式:CH4 2O2=CO2 2H2O
  (4)熔融碳酸盐:加O2-使进行电荷守恒。
  正极:2O2 4CO2 8e-=4CO32-
  负极:CH4-8e- 4CO32-=5CO2 2H2O
  总反应式:CH4 2O2=CO2 2H2O
  注意点:
  1. 碳元素在酸性、中性环境中生成CO2,而在碱性环境中生成CO32-。
  2. 主要是三步法书时电荷守恒中,不同的介质要加不同的离子。
  二、影响电池的正负极
  例2 以镁和铝为两极,分别在稀硫酸和氢氧化钠溶液中构成原电池,书写电极反应方程式与总反应方程式。
  ①向A溶液中逐滴加入浓HCl,发现电流计指针发生偏转;
  ②若改向B溶液中滴加40%的NaOH溶液,发现电流计指针向相反方向偏转。
  写出两操作中电极反应方程式。
  解析:对于平衡:AsO43- 2I- 2H ?葑AsO33- I2 H2O,操作①中加入HCl,使平衡正向移动,I-失电子,故C1作负极,C2作正极;操作②滴加NaOH溶液使平衡逆向移动,I2得电子,故C1作正极,C2作负极。
  操作①:向A溶液中逐滴加入浓HCl:
  正极:AsO43- 2e- 2H =AsO33- H2O
  负极:2I--2e-=I2
  总反应式:AsO43- 2I- 2H ?葑AsO33- I2 H2O
  操作②:向B溶液中逐滴加40%的NaOH溶液:
  正极:I2 2e-=2I-
  负极:AsO33--2e- 2OH-=AsO43- H2O
  总反应式:AsO33- I2 2OH-?葑AsO43- 2I- H2O
  从化学平衡移动的角度分析,明确电解质的不同发生的电池反应不同是解答本题的关键。
  总之,在书写原电池电极反应式时,要注意不同介质对原电池电极反应的影响,应用氧化还原、化学平衡原理进行分析,再用不同的离子来进行电荷守恒,就能正确地解决这类问题。
  【参考文献】
  [1] 管爱国. 例谈介质对原电池电极反应的影响[J]. 中学理科,2002(8).
  [2] 高小霞. 电分析化学导论[M]. 北京:科学出版社,2010.
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