化学选修四，原电池中电解质为碱性溶液时，电极方程式怎样写？

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原电池原理与应用一、原电池的工作本质：原电池本质为氧化还原反应，是将化学能转化为电能的装置。二、原电池的形成条件：1、两个活动性不同的电极，其中必有一种是金属(失电子)，另一种可以是金属，也可以是非金属(如石墨或金属氧化物)随着新型电池的出现，两电极也可以是相同的金属或非金属作导电物质，充入或附着氧化性与还原性的物质。2、电解质溶液(可以是酸、碱或中性；可以参与反应，也可以仅作导电物质)。3、两电极应与电解质溶液接触，同时两电极应该用导线相连或直接接触(形成闭合回路)。三、原电池工作原理：1、以铜锌原电池为例，稀硫酸为电解质溶液： ①、在稀硫酸溶液中插入锌片，发生反应：Zn+2H+ = Zn2++ H2↑ ②、向稀硫酸溶液中插入Cu片，无现象。③、当用导线将Zn片和Cu片连接起来之后，Cu片周围放出气体，该气体为H2。因为：当用导线将Zn片和Cu片连接起来之后，由于电子(e－)沿导线传递的速度远大于传给H+的速度，所以电子即沿着导线到达Cu片，在Cu板的表面聚集了一层带负电的电子，若导线连有一电流计，会观察到电流计的指针发生偏移。由于铜极表面带负电，必然吸引溶液中的阳离子(H )向Cu极移动。结果，H+在Cu板的表面得电子变为H2逸出，而Zn片则氧化成Zn2+。导线中有电子(即电流)通过，从而产生电能。Ⅰ、电极反应：(－)Zn片 Zn－2 e－ = Zn2+(氧化反应)(+) Cu片 2H+ + 2e－ = H2↑(还原反应)总反应： Zn+Cu2+==Zn2++Cu Ⅱ、流动方向 导线：电子由负极流出，经过导线，到达原电池的正极。 溶液中：H+由溶液向正极移动，Zn2+由负极向溶液扩散；SO42―由溶液向负极移动。2、若电解质溶液为中性溶液，如H2O或NaCl溶液，则负极仍然是Zn片(失电子)，Cu片仍然是正极，但是正极发生的反应有所不同，溶在水中的氧得电子发生还原反应：(－)Zn片 Zn－2 e－ = Zn2+(氧化反应) (+) Cu片2H2O + O2 + 4 e－ = 4OH－(还原反应)四、原电池的种类：原电池的种类大致分为：干电池(Zn—C干电池)、银锌电池、氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等等。1、新型燃料电池的特点：①将氧化剂(通常是O2)、还原剂(可燃气体：H2、CO、CH4、可燃物钙、铝等)不断转入电池，同时将电极反应的产物不断排出电池。②能量转化率高，可持续使用。③其燃烧产物不污染环境。4 e-点燃2、原理：以氢氧燃料电池为例，说明：H2在氧气中燃烧：2H2 + O2 ==== 2H2O ，H2分子可把电子直接给O2。但是当把H2和O2 分别通 入浸在电解质溶液中用导线相连的两个电极中H2在负极失电子变为H+，但是电子并没有直接给O2，而是沿着导线流入正极。O2在正极得电子变为OH－，然后H+和OH－再结合生成水。导线上有电流产生，该反应没有燃烧现象，但其产物却与燃烧产物相同。其它燃料电池的反应原理也与之相同，燃料电池的电解质溶液通常为强碱(KOH、NaOH)主要吸收水或CO2。3、几种常见电池的电极反应：①氢氧燃料电池：负极通H2，正极通O2，电解质溶液为KOH溶液。电极反应为：(－)2H2 + 4OH－－4 e－ = 4H2O(+)O2 + 2H2O + 4 e－ = 4OH－ 电极反应为：2H2 + O2 ====2H2O若以H2SO4 为电解液，则相应方程式为？②甲烷——氧燃料电池：负极通CH4，正极通O2，电解质溶液为KOH溶液：电极反应：(－)CH4 + 10 OH－－8 e－ = CO2 + 7H2O(+)2O2 + 4H2O + 8 e－ = 8OH－ 电极反应为：CH4 + 2O2=== CO2 + 2H2O③铝——空气燃料电池：负极为Al，正极通空气，电解质溶液为碱性或中性溶液：电极反应：(－)4Al－12 e－ = 4Al3+ (+)3O2 + 6H2O + 12 e－ = 12OH－电极反应为：4Al + 3O2 + 6H2O == 4Al(OH)3 ④铅蓄电池：负极为Pb，正极为 PbO2 电解质溶液为硫酸。(－)Pb+SO42―+2 e－====PbSO4 (+)PbO2+ SO42―+4H++2 e－===PbSO4+2H2O 电池反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O⑤银—锌高能电池：由负极为Zn ，正极为Ag2O ，电解质为KOH溶液。(－) Zn－2 e－+2OH－ ZnO+H2O： (+) Ag2O+2 e－+H2O 2Ag+2OH－电池总反应：Zn+Ag2O=== 2Ag+ZnO 五、钢铁的腐蚀及防护1、钢铁的腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀条件金属与非电解质等直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程反应同时同区域发生氧化还原反应如：3Fe + 2O2 ?Fe3O4 氧化还原反应分在两个区域同时发生正极：Fe－2e－=Fe2+负极：2H++2e－=H2↑有氢气析出。正极：2Fe－4e－=2Fe2+负极：O2+2H2O+42e－=4OH－要吸收空气中的氧气。相互关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍危害更严重。生活中环境呈中性较多，酸性环境较少，所以吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍。2、钢铁的防护：①改变金属的内部结构：如使铁转变为钢。②覆盖保护层：油漆、搪瓷、镀难氧化或易形成保护层的金属③电化学保护法：连比铁活泼的金属或连电源的负极。六、原电池原理的应用：1、制干电池、蓄电池和高能电池。2、比较金属腐蚀的快慢。①、电解质相同的同一金属：连电源正极的腐蚀＞连不活泼金属的腐蚀＞化学腐蚀＞有一般保护的腐蚀＞连活泼金属保护的腐蚀＞连电源负极保护的腐蚀；②、金属相同时：强电解质＞弱电解质＞非电解质③、两极材料的活泼性差别越大，活泼金属被腐蚀的速率越快，不活泼金属被保护的越好。例：马口铁(镀锡铁)和白皮铁(镀锌铁)。两种金属在镀层没有受到破坏之前，都能很好地保护钢铁不被腐蚀(锌锡形成氧化层保护内部的铁)。一旦镀层受到破坏，由于按金属活动顺序：Zn＞Fe＞Sn，所以白皮铁的铁仍然能受到保护，但是马口铁立即取代了锡成为负极而被氧化腐蚀。3、比较反应速率：如Zn + 2HCl(稀)= ZnCl2 + H2↑若想加快放H2的速率，用粗锌(含杂质，可以与锌形成原电池)比纯锌放H2快；若没有粗锌，只有纯锌，可以向HCl溶液中加少量的Cu片(与锌片相连)，形成Cu—Zn原电池或加少量CuSO4溶液。4、比较金属的活动性强弱：一般金属越活泼越容易被氧化，而不活泼的金属一定是原电池的正极。5、原电池电极名称的判断方法①根据电极反应的本身确定。 失电子的反应→氧化反应→负极得电子的反应→还原反应→正极②根据电流方向确定③根据电极材料的性质确定。[活泼是相对的，与电解质、温度等有关。例Mg、Al(在稀H2SO4、NaOH)；Fe、Cu(稀HCl、浓HNO3)]通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。④ 根据电极本身的质量变化判断通常电极质量减少的是负极，增加或有气泡的是正极，不变的要具体判断6、原电池电极反应式书写关键①、负极：M – ne— = Mn+ 还要溶液中的电解质是否应允它存在，不允许则还要加上相应离子变成稳定物质(下同)。②、正极：Ⅰ酸性溶液中 (如H2SO4 溶液) 2H+ + 2e－ = H2↑Ⅱ不活泼金属盐或铵盐溶液(如AgNO3、NH4Cl)Mn+ + ne— = M或2NH4+ + 2e— = 2NH3 ＋ H2↑Ⅲ中性、碱性和弱酸性条件下(如K2SO4)O2+4e—+2H2O===4OH—要注意总的反应式是否满足质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。③、电极方程式与总方程式互写方法：略④、由电极方程式可推断电极周围及电解质溶液的酸碱性的变化；7、原电池、电解池、电镀池的判断规律(1)若无外接电源，又符合原电池的三条件。①有活泼性不同的两个电极；②两极用导线互相连接成直接插入连通的电解质溶液里；③较活泼金属与电解质溶液能发生氧化还原反应(也可与水电离产生的H+作用)，只要同时具备这三个条件即为原电池。(2)若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属离子属同种元素时，则为电镀池。(3)若多个单池相互串联，又有外接电源时，则与电源相连接的装置为电解池成电镀池。若无外接电源时，先选较活泼金属电极为原电池的负极(电子输出极)，有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。8、原电池的设计以氧化还原反应为基础，发生氧化反应的反应物作负极反应，还原反应的反应物作正极反应，若相应反应物为固体，通常即为电极，若不属于固体还应增加某些可导电的固体作电极。并选择适宜的电解质溶液（必须含有氧化还原反应中所涉及的离子。）