第二节　资源综合利用　环境保护教案教学设计导入设计

电化学专题—电极反应方程式的书写

一、原电池与电解池的判断

指出下列装置哪些为原电池？哪些为电解池？

⑴

⑵

⑶

⑷

⑸

⑹

⑺

⑻

⑼

⑽

⑾

二、原电池与电解池的比较

原电池

电解池

将电能转变成化学能的装置

定

义

将化学能转变成电能的装置

①活动性不同的两电极（连接）

①两电极接直流电源

形成条件

②电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）

②两电极插入电解质溶液

③形成闭合回路

③形成闭合回路

负极

较活泼金属（电子流出的极）

阴极

与电源泉负极相连的极

电极名称

正极

较不活泼金属或能导电的非金属（电子流入阳极

与电源正极相连的极

的极）

负极

氧化反应；金属或还原性气体失电子

阳极

氧化反应；溶液中的阴离子失电子，电极反应

正极

还原反应；溶液中的阳离子得电子或者氧化或电极金属失电子

性气体得电子（吸氧腐蚀）

阴极

还原反应；溶液中的阳离子得电子

电子流向

能量转变

化学能转变为电能

装置特点

无外接直流电源

电能转化为化学能

有外接直流电源

相似之处

均能发生氧化还原反应，且同一装置中两个电极在反应过程中转移电子总数相等。

举

例

⑴铜锌原电池；⑵氢氧燃烧电池

三、原电池的电极反应和总反应式书写方法

⑴氯碱工业装置；⑵电解精炼铜

1、仅有一电极材料参与反应方法：

规律：参与反应的金属电极本身为负极，另一电极往往为正极，负极是参与反应的金属失电子，正极是介质溶液中的微粒得电子（反应一般为析氢、吸氧、析Cu、Ag等）

（1）

酸性较强介质：正极一般是析氢反应。

例：图1电极反应：负极：Zn-2e=Zn2+

正极：2H++2e=H2↑

（2）

接近中性介质：正极一般是吸氧反应。

例：图2电极反应：负极：2Fe-4e=2Fe2+

正极：O2+4e+2H2O=4OH-

练习1.我国首创的以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯，它以海水为电解质溶液，利用空气中的氧使铝不断氧化产生电流，写出这种电池的电极材料、电极反应式及总反应式。

（3）碱性介质：正极一般也是吸氧反应。

例：图3电极反应：负极：2Fe-4e=2Fe2+

正极：O2+4e+2H2O=4OH-

（4）含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属（Cu、Ag等）。

例：图4电极反应：负极：Fe-2e=Fe2+

正极：Cu2++2e=Cu

2、两电极材料均参与反应（常见于蓄电池式或纽扣式电池）

规律：两电极材料通常由金属和金属化合物构成，金属作负极。电子得失均由两电极本身发生。在书写电极反应式时，应考虑电解质对电极的影响（如生成难溶物、弱电解质等）。介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-离子；碱性溶液为介质时，反应式两边不能出现H+离子。

（1）酸性介质

例：实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制氯气，已知铅蓄电池工作时总的方程式如下：

Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O试写出放电时的电极反应式。

分析得出：

负极：Pb-2e+SO42-=PbSO4

正极：PbO2+2e+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O （2）碱性介质

例：蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池作用。下式

是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：

Fe+NiO2+2H2O

Fe（OH）2+Ni（OH）2

试写出起原电池作用的电极反应式。

负极：Fe-2e+2OH-=Fe（OH）2

正极：NiO2+2e+2H2O=Ni（OH）2+2OH- 知识迁移：蓄电池的充电过程即电解，充电时电极反应式书写，只要将放电时的电极反应式反过来写，然后将负极改为阴极、原来的正极改为阳极即可：

阴极：Fe(OH)2+2e= Fe+2OH-

阳极：Ni(OH)2+2OH—2e= NiO2+2H2O

练习2、电子表和电子计算器中常用一种微型纽扣原电池，它以锌为负极，氧化银为正极（即金属银上覆盖一薄层该金属氧化物），氢氧化钾溶液为电解质溶液，这种电池工作时，正极反应是 ( ）

A Zn+2OH=ZnO+H2O+2e B ZnO+H2O=Zn+2OH-2e C Ag2O+2H=2Ag+H2O-2e D Ag2O+H2O=2Ag+2OH-2e 练习3、氢镍电池是近年来开发的可充电电池，具有质轻、容量大的优良特性，其性能远优于镍镉电池，对环境污染程度也小于镍镉电池。目前已基本取代了镍镉电池。氢镍电池的总反应式是H2+2NiO(OH）

2Ni（OH）2。下列叙述中正确的是（ ）

A.电池放电时，电池负极周围溶液的OH不断增大 B.电池放电时，镍元素被氧化

C.电池充电时。氢元素被还原 D.电池放电时，H2是负极

3、电极材料本身均不参与反应（常见于燃料电池）

规律：两电极材料均为惰性电极（本身不参与反应，仅作导电的载体），负极是还原剂即燃料失电子，正极是氧化剂得电子。在书写电极反应式时，应考虑电解质对电极反应的影响，介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-离子；碱性溶液为介质时，反应式两边不能出现H+离子。同时参照总方程式中反应物和生成物来确定书写的微粒。

例1：熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混和物作电解质，CO为阳极燃气，空气和CO2的混和气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式：

2--负极反应式：2CO+2CO3-4e→4CO2

正极反应式： 总反应式： 例2

⑴

美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电源，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极，用40%的KOH溶液作电解质溶液。氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转化为电能，而不+---经过热能中间形式。电极反应产生的水，经冷凝后又可作为宇航员的饮用水，发生的反应为：2H2+O2====2H2O，则电极反应式分别为：负极

，正极

。

⑵

如把KOH改为稀H2SO4作导电物质，则电极反应式为

、

。⑴和⑵的电池液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？

⑶

如把H2改为甲烷，KOH作导电物质，则电极反应式为

、

。如果用稀H2SO4作导电物质，则电极反应式为

、

。

分析：电解质溶液为碱性时，书写电极反应式可出现OH，但不能出现H+；同样，电－

解质溶液为酸性时，书写电极反应式可出现H+，但不能出现OH。

点评：解决此题的关键是理解原电池的有关概念，注意溶液环境（即酸性、碱性或中性），熟悉原电池电极反应式的一般书写方法。

－练习4、将两铂片插入KOH溶液中作为电极，在两极区分别通入甲烷(或氢气、一氧化碳等可燃性气体)和氧气构成燃料电池，则通入甲烷气体的极是原电池的 ，该极的电极反应是 ，电池工作时的总反应的离子方程式是 。通入一氧化碳时的电极反应式：负极： ，正极： ，

总反应的化学方程式： 。

原电池电极反应式书写的一般步骤

第一步确定电极的正、负；第二步根据溶液中离子参加反应情况确定电极反应；第三步将电极反应相加得总反应式。

总结：书写电极反应式是学习电化学的基本功，也是高考所必须掌握的知识点。一般来讲，书写原电池的电极反应式应注意如下四点：

1、准确判断原电池的正负极

如果电池的正负极判断失误，则电极反应式必然写错，这是正确书写电极反应式的前提。一般而言，较活泼的金属成为原电池的负极，但不是绝对的。如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，铜却是原电池的负极被氧化，因为铝在浓硝酸中表面产生了钝化。此时，其电极反应式为：

负极：Cu-2e- = Cu2+

正极：2NO3-+4H++2e-==2NO2+2H2O 又如将镁铝合金放入6mol/L的NaOH溶液中构成原电池时，尽管镁比铝活泼，但镁不和NaOH溶液反应，所以铝成为负极，其电极反应式为：

负极：2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O

正极：6H2O+6e-= 3H2 + 6OH-

2、高度注意电解质的酸碱性

在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种，在酸溶液中负极反应式为：2H2 - 4e- = 4H+正极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O;如是在碱溶液中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现OH-。又于CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中C元素以CO32-离子形式存在，而不是放出CO2。

3、牢牢抓住总的反应方程式

从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。而两个电极反应相加即得总的反应方程式。所以，对于一个陌生的原电池，只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式，即可迅速写出另一个电极反应式。

4、不能忽视电子转移数相等

在同一个原电池中，负极失去的电子数必等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒。这样可以避免由电极反应式写总反应方程式，或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误，同时，也可避免在有关计算中产生误差。

四、电解池的电极反应和总反应式书写方法

书写电解池的电极反应式时，要注意阴离子和阳离子的放电顺序：

阴极放电顺序 Au>Ag>Fe>Hg>Cu>H>Pb>Sn>Ni>Fe>Zn>Mn>Al>Mg>Na+3++3+ 2+2++2+2+2+2+2+ 2+ 3+2+

>Ca>K

2++ 2-------阳极放电顺序 S > I > Br> Cl > OH > NO3 >F

1.电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的电解。

阴极：

阳极：

总反应：

2.分解电解质型：无氧酸（除HF外）、不活泼的无氧酸盐（氟化物除外）（如HCl、CuCl2等）溶液的电解。

阴极：

阳极：

总反应：

3.放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（如NaCl、MgBr2）溶液的电解。

阴极：

阳极：

总反应：

4.放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4、AgNO3等）溶液的电解。

阴极：

阳极：

总反应：

启示：电极反应的书写与下列几个因素有关

1、与装置类型有关

2、与电极类型及电极材料有关

3、与反应类型有关

4、与电子守恒有关

5、与电解质环境有关

6、与总反应式有关

7、与题给信息有关

8、与离子的氧化还原性强弱有关

高考真题巩固练习

微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是（ ）

A．正极反应中有CO2生成

B．微生物促进了反应中电子的转移

C．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

2014全国高考I卷）9．

（4）(H3PO2)也可以通过电解的方法制备。工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：

①写出阳极的电极反应式

。

②分析产品室可得到H3PO2的原因

。

③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是

杂质。该杂质产生的原因是：

。

（2013全国高考）9．锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应+- 为6C+xLi+xe= LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）

（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为

。

（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式

。

（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是

。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有

（填化学式）。

（2013全国高考）10．

（5）二甲醚（CH3OCH3）直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度等于甲醇直-1接燃料电池（5.93kW•h•kg）。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为

，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产

生

个电子的能量；该电池的理论输出电压为1.20V，能量密度E =

6（列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量，1 kW•h = 3.6×10J）。

11．（2012全国新课标）（3）粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极____（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为______；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为_____。

（2011全国新课标）5．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：

Fe+Ni2O3+3H2O=Fe（OH）2+2Ni（OH）2

下列有关该电池的说法不正确的是

A.电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe --

B.电池放电时，负极反应为Fe+2OH-2e=Fe（OH）2

C.电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

--

D.电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）2+2OH-2e=Ni2O3+3H2O （2011全国新课标）9．

（5）在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1KJ,则该燃料电池的理论效率为________（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃-1料电池反应所能释放的全部能量之比）CH3OH（l）的燃烧热△H＝-726.5kJ·mol

一、判断下列说法正误：

1．[2012·广东卷] 自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致(

)

2．[2012·江苏卷] 镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈(

)

3．[2011·山东卷] 镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用(

)

4．[2011·江苏卷] 铜的金属活泼性比铁的弱，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀()

5．[2010·北京卷] 钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是：Fe－3e－===Fe3＋(

)

二、图6－18－7是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，已知放电时电池反应为：

＋2－PbO2＋Pb＋4H＋2SO4=== 2PbSO4＋2H2O。下列有关说法正确的是(

)

A．K与N相接时，能量由电能转化为化学能

B．K与N相接时，H＋向负极区迁移

C．K与M连接时，所用电源的a极为负极

D．K与M相接时，电子流向为Pb→a→b→PbO2→Pb

三、利用反应Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋设计一个带盐桥的原电池。并在下面方框内画出实验装置图。并指出正极为________，电极反应式为_______，

负极为________，电极反应式为_____。

此装置中盐桥的作用是_______。

四．(2011·无锡模拟)根据氧化还原

反应：2Ag(aq)＋Cu(s) ===

Cu2(aq)＋2Ag(s)画出原电池

．．＋＋示意图并在图中加入电流表，

注明电极材料名称和电解质溶

液，其中盐桥为琼胶饱和KNO3

盐桥．

请回答下列问题：

(1)银电极为电池的________极，写出两电极的电极反应式：

Ag电极：_________________________________________；

Cu电极：_________________________________________. (2)外电路中的电子是从________电极流向________电极．

(3)盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是________(填序号)．

＋2－A．K＋

B．NO－3

C．Ag

D．SO4

五．被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。纸内的离子“流过”水和氯化锌组成的电解液。电池总反应为：

Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是(

) A．该电池的正极为锌

B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用

C．当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.204×1023

D．电池正极反应式为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－

六、可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是(

) A．以NaCl或NaOH溶液为电解质溶液时，正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应式为：Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓

C．以NaOH溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的pH保持不变

D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极