2020届一轮复习人教版电极反应式学案

2020届一轮复习人教版电极反应式学案

高考总复习 电极反应式的书写 ‎ ‎ ‎【考纲要求】‎ ‎1．理解原电池的工作原理并正确书写各种化学电源的电极反应和总反应方程式；‎ ‎2．理解电解池的工作原理并正确书写电极反应和总反应方程式。‎ ‎【考点梳理】‎ ‎【高清课堂：399199电极反应式的书写】‎ 考点一：正确书写原电池的电极反应式 ‎1．先确定原电池的正负极，列出正、负电极上的反应物质，在等式的两边分别写出反应物和生成物。‎ ‎2．要注意电解质溶液的酸碱性：‎ 要点诠释：‎ 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－氧燃料电池就分酸式和碱式两种， 如果是在碱性溶液中，则不可能有H+出现，同样在酸性溶液中，也不能出现OH－。‎ 在酸性溶液中： 负极：2H2－4e－=== 4H +；  正极：O2 + 4H+ + 4e－=== 2H2O 在碱性溶液中： 负极：2H2－4e－+4OH— ===4H2O； 正极：O2 +2H2O + 4e－=4OH—。‎ ‎3．要注意电子转移的数目 要点诠释：‎ 在同一个原电池中，负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数，所以在书写电极反应式时，要注意正负极得失电子相等。这样可避免在由电极反应式写总反应方程式或由总方程式改写电极反应式时所带来的失误。‎ ‎4．电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求：‎ 要点诠释：‎ ‎①电极反应式等式的两边原子数目及电荷必须守恒。‎ ‎②反应式中的难溶物、难电离的物质、气体、单质、氧化物等均应写成化学式形式。如铅蓄电池中，PbSO4为难溶物，电极反应式为： ‎ 负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)，‎ 正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)。‎ ‎③注意电解质溶液的成分对正负极反应产物的影响。如负极反应生成的阳离子若与电解质溶液的阴离子反应，则电解质溶液的阴离子应写入电极反应式，例如Fe与Cu在NaOH溶液中形成原电池，负极反应为Fe+2OH－－2e－===Fe(OH)2。‎ ‎5.抓住总的反应方程式 要点诠释：‎ 正负极反应式相加得到电池反应的总的化学方程式。若能写出总反应式，可以减去较易写出的电极反应式，从而写出较难书写的电极方程式。‎ 注意相加减时电子得失数目要相等。‎ ‎6．常见燃料电池的电极反应式：‎ 电池 电极 反应 酸性电解质 碱性电解质 负极 ‎2H2－4e－＝4H+‎ ‎2H2+4OH－－4e－＝4H2O 氢氧燃料电池 正极 O2+4H++4e－＝2H2O O2+2H2O+4e－＝4OH－‎ 总反应 ‎2H2+O2＝2H2O ‎2H2+O2＝2H2O 甲烷燃料电池 负极 CH4 + 2H2O－8e－=CO2 + 8H+‎ CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O 正极 ‎2O2 + 8H+ + 8e－＝4H2O ‎2O2+4H2O+8e－=8OH－‎ 总反应 CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 甲醇燃料电池 负极 ‎2CH3OH + 2H2O－12e－= 2CO2 + 12H+‎ ‎2CH3OH +16OH－－12e－=2CO32－+12H2O 正极 ‎3O2 +12H+ +12e－＝6H2O ‎3O2+6H2O+12e－=12OH－‎ 总反应 ‎2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O ‎2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O 要点诠释：‎ 由于CH4、CH3OH等燃料电池在碱性溶液中，碳元素是以CO32－离子形式存在的，故不放出CO2。‎ 考点二、正确书写电解池的电极反应式 ‎ ‎1．在阴极： ‎ 发生还原反应，常见阳离子得到电子被还原的顺序为：‎ Na+ < Al3+ < Fe2+ < H+ < Cu2+ < Fe3+ < Ag+ ‎ 要点诠释：‎ ‎①在水溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+这些活泼金属阳离子不被还原，这些活泼金属的冶炼往往采用电解无水熔融态盐或氧化物而制得。‎ ‎②　阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律，有时会有调整。如电镀锌时，需控制条件，使得电子能力：Zn2+＞H+‎ ‎2．在阳极：‎ ‎（1）首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序表Ag及Ag前的金属单质），则应是阳极失电子，阳极不断溶解，溶液中的阴离子不能失电子。‎ ‎（2）如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的阴离子放电（发生氧化反应），应根据离子的放电顺序书写电极反应式。                常见阴离子失去电子被氧化的顺序为：‎ S2-＞＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根离子＞F-。                ‎ ‎【典型例题】‎ 类型一、燃料电池的电极反应式 例1、CH3OH和O2在KOH溶液中组成燃料电池，该电池的负极反应式为_____ 。‎ ‎【答案】CH3OH－6e－+ 8OH－=CO32－+6H2O ‎ 【解析】‎ 第一步：找氧化还原反应中的对应关系：氧化剂——还原产物；还原剂——氧化产物。即：负极：CH3OH（还原剂）→ CO32－ （氧化产物）。‎ 第二步：分析电子转移的物质的量，CH3OH中碳元素为－2价，CO32－中碳元素为+4价，1 mol CH3OH转移6 mol电子，即负极：CH3OH→ CO32－+6e－。‎ 第三步：依据电荷原理配平以上电极反应式，缺少的物质从反应介质中寻找。因为该电池为碱性电池，而且左右相差8 mol负电荷，所以应该在左边添加8 mol OH－。即：‎ ‎ 负极：CH3OH—6e－+ 8OH－ = CO32－ ‎ 第四步：配平质量守恒，使等号两边各原子数相等，等号左边有OH－，则右边缺H2O，所以负极反应式为：CH3OH－6e－+ 8OH－=CO32－+ 6H2O 同理，正极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-‎ ‎【总结升华】也可先写出配平的总反应式：2CH3OH+3O2+4OH—=2CO32—+6H2O和正极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-，然后用前者减去后者即得出负极反应式。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】若将例1中的KOH碱性环境变为酸性环境，则该电池的负极反应式为_____ 。‎ ‎【答案】CH3OH+ H2O－6e－=CO2 + 6H+‎ ‎【解析】还原剂为CH3OH，氧化产物为CO2，在负极消耗1 mol CH3OH生成1 mol CO2共转移6 mol 电子，在上题第三步中需要在右边添加6 mol H+，即负极电极反应式为：CH3OH+ H2O－6e－=CO2 + 6H+‎ ‎【变式2】据报道，摩托罗拉公司的一种以甲醇为原料、以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可持续使用一个月。关于该电池的叙述正确的是 A、放电时，正极反应为：O2  + 4e－ + 4H+ =2H2O B、放电时，负极反应为：CH3OH－6e－+ 8OH－ =CO32－ + 6H2O C、充电时，原电池的负极与电源的正极相连接 D、充电时，阴极反应为：4OH－－4e－=2H2O + O2↑‎ ‎ 【答案】B ‎【解析】放电时，正极是O2得电子，但溶液是碱性的，电极反应式是：O2 + 4e－+  2H2O = 4OH－。充电时，原电池的负极与电源的负极相连接，使发生了氧化反应的原电池的负极被还原，阴极发生的是得电子的还原反应，即：CO32－+ 6e－+ 6H2O =CH3OH + 8OH－。‎ 类型二、可充电电池电极反应式的书写 例2、镍镉（Ni－Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，写出放电时负极反应式和充电时阴极反应式。‎ ‎ 【答案】负极：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2；阴极：Cd(OH)2＋2e－=Cd＋2OH－。‎ ‎【解析】放电时负极反应式为：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2；‎ 正极反应式为：NiOOH－e－＋H2O = Ni(OH)2＋OH-。‎ 充电时，阳极电极反应式为：Ni(OH)2－e－ ＋OH-===NiOOH＋H2O；‎ 阴极反应式为：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－。‎ ‎【总结升华】放电是原电池反应，充电是电解过程。放电后负极变成阴极，正极变成阳极。即：负极阴极，正极阳极。‎ 综观历年高考试题可发现，解可充电电池试题的关键在于能否正确书写放电时的电极反应式。要正确书写放电时的电极反应式，既要弄清得失电子的物质，还要特别注意电极产物是否与电解质溶液共存，要写出实际存在的电极反应式。然后根据原电池的负极反应与电解池的阴极反应、原电池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应，即可快速写出充电时的电极反应式。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】铅蓄电池的电极反应式错误的是：‎ A．负极：Pb－2e－＝Pb2+； ‎ B．正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)‎ C．阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)；‎ D．阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)‎ ‎【答案】A ‎【解析】放电时负极电极反应式应为：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)。‎ ‎【变式2】（2015 东北师大附中）“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是(　　)‎ A．电池反应中有NaCl生成 ‎ B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C．正极反应为：NiCl2＋2e－＝Ni＋2Cl－‎ D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 ‎【答案】B ‎【解析】电池的负极反应式为：Na－e－＝Na＋，正极反应式为：NiCl2＋2e－＝Ni＋2Cl－，所以电池反应中有NaCl生成；总电池反应式为：2Na＋NiCl2＝2NaCl＋Ni，所以电池的总反应是金属钠还原NiCl2，B项错误。原电池放电时，钠离子在负极产生、向正极移动，故钠离子通过钠离子导体在两电极间移动。‎ 类型三、电解池中的电极反应式 例3、写出用石墨作电极，电解饱和食盐水的电极反应式。       【解析】 由于电极材料为石墨，是惰性电极，不参与电极反应，则电极反应式的书写只考虑溶液中的离子放电顺序即可。移向阳极的阴离子有Cl-和水电离出的OH-，但在阳极上放电的是Cl-；移向阴极的阳离子有Na+和水电离出H+，但在阴极上放电的是H+。所以上述电解池的电极反应为：           阳极：2Cl-－2e-= Cl2↑，‎ 阴极：2H++2e-= H2↑或2H2O+2e-= H2↑+2OH-。‎ ‎ 举一反三： ‎ ‎【变式1】若将上述石墨电极改成铜作电极，试写出电解饱和食盐水的电极反应式。‎ ‎【答案】阳极：Cu－2e-= Cu2+，阴极：2H++2e-= H2↑或2H2O+2e-= H2↑+2OH-。‎ ‎ 【解析】由于电极材料为Cu，是活泼电极，铜参与阳极反应，溶液中的阴离子不能失电子，但阴极反应仍按溶液中的阳离子放电顺序书写。该电解池的电极反应为：            阳极：Cu－2e-= Cu2+，‎ 阴极：2H++2e-= H2↑或2H2O+2e-= H2↑+2OH-。‎ ‎【高清课堂：399199例6】‎ ‎【变式2】电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图如下图所示（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。 ‎ 电解时，阳极的电极反应式为 。‎ ‎【答案】CO(NH2)2+8OH——6 e-=CO32-+N2↑+ 6H2O ‎【变式3】（2014 四中同步）用铂作电极电解氯化镁溶液，写出电极反应式及电解总反应的离子方程式。‎ ‎ 【答案】‎ 阳极： 2Cl-－2e-= Cl2↑‎ 阴极：2H2O +2e－+Mg2+＝H2↑+Mg(OH)2↓‎ 总反应的离子方程式：Mg2++2Cl-+2H2O H2↑+ Cl 2↑+Mg(OH)2↓‎