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电池的电极材料与电极反应

来源:江西省高安市第三中学作者:刘心宇 点击:所属专题: 电极反应式 电极判断
电化学中的电极反应不仅与电极材料有关,而且与电解质溶液有关,是中学化学中的一个比较复杂的问题,因此,如何确定电极反应及怎样书写电极反应方程式也就成了教学中的一个难点。我认为采用下列方法认识电池和电极反应能有效地突破这一难点。 一、原电池的电极材料与电

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电化学中的电极反应不仅与电极材料有关,而且与电解质溶液有关,是中学化学中的一个比较复杂的问题,因此,如何确定电极反应及怎样书写电极反应方程式也就成了教学中的一个难点。我认为采用下列方法认识电池和电极反应能有效地突破这一难点。

一、原电池的电极材料与电极反应

根据形成原电池的电极材料,我们可以把原电池分为下列三种类型。

1、原电池的一极为活泼金属电极,另一极为不活泼金属电极或电池的电极材料与电极反应惰性电极

在这种原电池中,活泼金属电极一定是原电池的负极,直接参与电极反应,失去电子发生氧化反应;不活泼金属电极或惰性电极是原电池的正极,不参与电极反应,电解质溶液中具有氧化性的物质(分子或离子)在该电极上得到电子发生还原反应,使得电解质溶液中的溶质发生变化,溶液的性质也发生相应的变化;电池中的电子由负极流向正极(可通过导线传递,当两电极直接相接触就直接传递);溶液中的阴离子向负极运动,阳离子向正极运动。如在铜锌原电池中,锌(Zn)为负极失去电子,发生电极反应:Zn-2e-=Zn2+;铜(Cu)为正极,硫酸溶液中的氢离子(H)在铜极上得到电子,发生电极反应:2H+2e-=H2↑,电子由锌极流向铜极,溶液中的H向正极移动,溶液的pH增大。钢铁的腐蚀就是这种情况。

2、原电池的一极为活泼金属电极,另一极为具有氧化性的化合物电极

在这种原电池中,活泼金属电极一定是原电池的负极,直接参与电极反应,失去电子发生氧化反应;具有氧化性的化合物电极也直接参与电极反应,得到电子发生还原反应。其中,电解质溶液有的参与反应,有的不参与反应,这要看具体情况而定。如在纽扣电池中(电解质溶液为KOH溶液),锌为负极失去电子,发生电极反应:Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O;Ag2O为正极得到电子,发生电极反应:Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH。在纽扣电池中溶液的浓度是不变的,OH向负极移动。这种电池多为蓄电池。

       [例1](09浙江电池的电极材料与电极反应理综,12)市场上经常见到的标记为Li-ion(的电池称为)“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导LI的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为:电池的电极材料与电极反应Li+2L i0.35NiO2电池的电极材料与电极反应2 Li0.85NiO2电池的电极材料与电极反应下列说法不正确的是(     )

电池的电极材料与电极反应A.放电时,负极的电极反应式:LI-e-=LI

电池的电极材料与电极反应B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应

电池的电极材料与电极反应C.该电池不能用水溶液作为电解质

电池的电极材料与电极反应D.放电过程中Li向负极移动

电池的电极材料与电极反应在锂离子电池中,Li是电池的负极,失去电子,形成Li向正极移动;Li0.85NiO2化合物是电池的正极,得到电子,并与负极生成的Li结合形成Li0.85NiO2,Ni的化合价降低。当反应逆向进行时,反应物只有一种,故化合价既有升,又有降,所以既发生氧化反应又发生还原反应。由于Li可以与水反应,故应为非水材料。所以答案为D。

3、原电池的两极都是惰性电极(如石墨电极)

在这种原电池中,电池的两极都不参与电极反应,而是具有还原性的物质(分子或溶液中的离子)在一极失去电子,发生氧化反应;具有氧化性的物质(分子或溶液中的离子)在另一极得到电子,发生还原反应。其中,电解质溶液一般会参与电极反应。这种电池一般是燃烧电池。如碱性氢氧燃烧电池,正极、负极都是石墨,氢气在一极失去电子,发生电极反应:2H2+4OH-4e-=4H2O;氧气在另一极得到电子,发生电极反应:O2+2H2O+4e-=4OH

[例2](2009年江苏卷,12)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()

电池的电极材料与电极反应

A.该电池能够在高温下工作

B.电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H

C.放电过程中,H从正极区向负极区迁移

D.在电池反应中,每消耗1mol 氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体电池的电极材料与电极反应

在这种微生物燃料电池中,葡萄糖失去电子生成CO2的一极为负极,O2得到电子生成水的一极为正极,H向正极运动。A项中高温条件下微生物会变性,D项中消耗1mol 氧气就生成1mol 二氧化碳,标准状况下体积是22.4L,所以B选项正确。

二、电解池的电极材料与电极反应

电解池中的电极材料一般是惰性电极,这样能有效地电解化合物溶液。

当电解池的两极都用惰性电极进行电解时,还原性强的离子或者分子首先在阳极上失去电子,发生氧化反应;氧化性强的离子或者分子首先在阴极上得到电子,发生还原反应。

在电解池中,由于阴极与电源的负极相连,即使阴极使用活泼金属材料(碱金属、碱土金属除外)如Fe、Cu等,金属也得到保护,不参与电极反应。如果阳极使用金属材料(Pt、Au除外),则阳极金属首先失去电子,发生氧化反应;具有氧化性的物质(分子或离子)在阴极得到电子,发生还原反应。电镀和电解精炼就属于这种情况。

三、一个很有用的中间反应式

氧离子(O2)在化合物中是存在的,如Na2O中就有O2,但O2在水中是不存在的。在酸性溶液中,O2与H结合生成H2O:O2+2H=H2O;在碱性和中性溶液中,O2与H2O反应生成OH:O2+H2O=2OH。后一个反应式在书写有机物燃料电池的电极反应式时非常有用。如甲烷、氧气和氢氧化钾溶液组成的燃料电池,负极反应是甲烷失去电子生成CO32和H2O,CO32和H2O中的O均来自于OH。我们可以把这一反应过程分成下列一些反应:CH4-8e-=C4++4H;4H+4OH=4H2O;C4++3O2=CO32;6OH=3H2O+3O2。把这4个反应相加既得总的负极反应的反应式:CH4+10OH-8e-=CO32+7H2O。

(责任编辑:化学自习室)
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