原电池中电极反应式的书写是高考必考内容,主要考查原电池中的氧化还原反应原理。
原电池负极发生氧化反应,正极发生还原反应,电子从负极流向正极,溶液(或熔融态)中阳离子移向正极,阴离子移向负极。书写电极反应式时要注意电荷守恒。
一.电解质溶液中电极反应式的书写
由反应和生成物的化合价判断正负极。元素化合价升高的物质被氧化,作原电池的负极;元素化合价降低的物质被还原,作原电池的正极。化合价变化的数值就是原子得失电子数目。同时要注意溶液的酸碱性,即酸性溶液中不能出现OH-,碱性溶液中不能出现H+。
典例1高铁电池具有比能量高、无污染的特点,用如图模拟其工作原理(放电时两电极均有稳定的金属氢氧化物生成),下列有关说法中正确的是
A. 放电时,电子由正极通过外电路流向负极
B. 放电时,负极上的电极反应式为:Zn-2e ─+2H2O = Zn(OH)2+2H+
C. 充电时,阴极区溶液的pH减小
D. 放电时,正极上的电极反应式为:FeO42 ─-3e ─+4H2O=F e(OH)3+5OH ─
分析:从电池中给出的物质可判断:Zn发生氧化反应,为电池的负极,K2FeO4发生还原反应作电池的正极。根据题目中的信息:放电时两电极均有稳定的金属氢氧化物生成,结合电解质溶液为碱性,可写出正负极电极反应式。
解析:放电时,电子由负极通过外电路流向正极,A错误;放电时,负极上的电极反应式为Zn-2e ─+2OH ─=Zn,B错误;充电时,阴极反应是Zn(OH)2+2e ─ = Zn +2OH ─,阴极区溶液PH增大,C错误;放电时,正极的反应:FeO42 ─-3e ─+4H2O=F e(OH)3+5OH ─ ,D正确。
二.熔融盐(或氧化物)电池中电极反应式的书写
熔融盐(或氧化物)电池中是以熔融态的盐(或氧化物)为电解质,通过熔融的盐(或氧化物)电离的离子导电,也就是说熔融盐(或氧化物)电池中没有水溶液,写电极反应式时,反应物中要避免出现H+或OH-。
典例2一种熔融碳酸盐燃料电池,原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是
分析:解答原电池问题,首先要确定原电池的正负极。CO、H2在A极氧化为CO2、H2O,A极为负极,O2被还原,B极是正极.
解析:反应中碳元素由-4价升高到+2价,每消耗1摩尔甲烷,转移6摩尔电子,A错误;电解质为熔融的碳酸盐,不含氢氧根离子,正确的电极反应式为: H2+CO32—-2e- ==CO2+H2O,B错误;B极通入氧气为正极,碳酸根离子向负极移动,C错误;电极B上氧气得到电子生成碳酸根离子,电极反应为: O2+2CO2+4e-=2CO32- ,D正确。
三.从题图中信息突破电极反应式的书写
对于题目中给出示意图的,要根据题目中的叙述结合示意图,特别是图中箭头指示的方向,什么微粒进去,在电极上转化成什么微粒离开,从微粒中元素化合价,判断电极上发生的是氧化反应还是还原反应,进而判断电极反应式。如果示意图中标出了使用的是质子交换膜,则说明该原电池是酸式电池,那么电极反应式中就不能出现OH-。
典例3硼氢化钠(NaBH4)一过氧化氢燃料电池示意图。该电池工作时下列说法正确的是
A.电池工作时,Na+向A极移动
B.放电时,A极反应式为:BH4--8e-+8OH-=BO2-+6H2O
C.放电时A极附近溶液的pH增大
D.放电时,B极电极反应式为:H2O2+2e-+2H+=2H2O
分析:从示意图可判断,该原电池是碱性硼氢化钠(NaBH4)一过氧化氢燃料电池,BH4-中氢元素的化合价由-1价升高到+1价,在A发生氧化反应生成BO2-,A极是负极;H2O2中氧元素由-1价降低到-2价,在B极发生还原反应生成OH-,B极是正极。
解析:原电池工作时,阳离子移向正极,A错误;放电时BH4在A极被氧化为BO2—,根据化合价变化、电荷守恒、原子守恒,且电解质溶液显碱性,A极反应式为:BH4-8e + 8OH- == BO2- + 6H2O,B正确;从A极电极反应式分析得出,放电时A极附近溶液的c(OH-)减小,溶液pH减小,C错误;由示意图判断,放电B极电极反应式为H2O2 +2e- =2OH-,D错误
原电池中电极反应式的书写,首先要根据发生变化的物质中,元素化合价是升高还是降低,元素化合价升高发生氧化反应,是原电池的负极;元素化合价降低发生还原反应,是原电池的正极,再根据元素化合价的变化,标出元素得失电子数。一般的电解质水溶液,要分析清楚是酸性溶液还是碱性溶液,酸性溶液中不能出现OH-,碱性溶液中不能出现H+。熔融盐(或氧化物)作电解质的原电池,反应中不能出现H+或OH-。对于题目中示意图的,一定要看清微粒的变化