高三化学下“三步法”秒杀原电池电极反应书写讲练及答案

1 原电池电极反应书写 一、书写技巧(三步法)：以“甲醇——氧气——KOH 溶液”为例 任何一个电极反应一定遵循三个守恒：①得失电子守恒；②电荷守恒；③原子守恒(质量守恒)，接下来我们就按照这三步走 来书写电极反应(切记：按顺序写) 1、得失电子守恒： n m       电荷数失电子 —电荷数得电子 —ne me 负极：CH3OH—6e- —— CO 3 2— (CH3OH 变成 CO 3 2—失去 6 个电子，此时电荷数左边+6 价，右边—2 价，电荷不守恒) 正极：O2 + 4e- —— (O2 到底是变成了 OH—还是 H2O，不清楚，但一定是得到 4 个电子，此时电荷数左边—2 价，右边 0 价，电荷不守恒) 2、电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等 根据第一步得失电子守恒，正、负极电荷明显不守恒，接下来要寻找电解质溶液的性质，本题是 KOH 溶液，为碱性，平衡 电荷为 OH— 负极：CH3OH—6e- +8OH——— CO 3 2— (电荷数左边+6 价，右边—2 价，因此左边配 8 个 OH—) 正极：O2 + 4e- + —— 4OH— (电荷数左边—2 价，右边 0 价，因此右边配 4 个 OH—) 3、原子守恒(质量守恒)：电极反应两边同种原子的原子个数相等 负极：CH3OH—6e- +8OH— == CO 3 2—+6 H2O (负极电荷已经守恒，但原子不守恒，所以右边配 6 H2O) 正极：O2 + 4e- +2 H2O== 4OH— (正极电荷已经守恒，但原子不守恒，所以左边配 2H2O) 常见规律：若为酸性介质，先补 H+，另一边补 H2O；若为碱性介质，先补 OH—，另一边补 H2O 【注意】①该法书写电极是各写各的电极，因此正负极电子数可能不相等，所以最后再用最小公倍数写出总方程式 ②碱性溶液反应物、生成物中均无 H+，酸性溶液反应物、生成物中均无 OH-，中性溶液反应物中无 H+ 和 OH-— ③水溶液中不能出现 O2- ④有机物中化合价处理方法：“氧—2，氢+1，最后算碳化合价”，并且要注意溶液环境与产物之间的反应，碱性环境 下，C 元素最终产物应为 CO 3 2— 二、常见燃料电池的电极反应书写 (1)氢氧燃料电池 (金属铂 Pt 或石墨做电极材料) ①酸性介质(如 H2SO4)，电极反应：负极： ；正极： 总反应： ②碱性介质(如 KOH)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： (2)甲烷燃料电池 ①酸性介质(如 H2SO4)，电极反应：负极： ；正极： 总反应： ②碱性介质(如 KOH)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ③熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下：负极： ；正极： 总反应： ④固体电解质(高温下能传导 O2－)： 负极： ；正极： 总反应： (3)甲醇燃料电池 ①酸性介质(如 H2SO4)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ②碱性介质(如 KOH)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ③熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下：负极： ；正极： 总反应： ④固体电解质(高温下能传导 O2－)： 负极： ；正极： 总反应： (4)乙烷燃料电池 ①酸性介质(如 H2SO4)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ②碱性介质(如 KOH)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ③熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下：负极： ；正极： 总反应： ④固体电解质(高温下能传导 O2－)： 负极： ；正极： 总反应：2 (5)丙烷燃料电池 ①酸性介质(如 H2SO4)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ②碱性介质(如 KOH)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ③熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下：负极： ；正极： 总反应： ④固体电解质(高温下能传导 O2－)： 负极： ；正极： 总反应： (6)乙醇(二甲醚)燃料电池 ①酸性介质(如 H2SO4)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ②碱性介质(如 KOH)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ③熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下：负极： ；正极： 总反应： ④固体电解质(高温下能传导 O2－)： 负极： ；正极： (7)CO 燃料电池 ①酸性介质(如 H2SO4)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ②碱性介质(如 KOH)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ③熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下：负极： ；正极： 总反应： ④固体电解质(高温下能传导 O2－)： 负极： ；正极： (8)肼燃料电池 ①酸性介质(如 H2SO4)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： ②碱性介质(如 KOH)，电极反应： 负极： ；正极： 总反应： 三、可充电电池的反应规律(二次电池)：铅蓄电池电池总反应为：Pb (s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l) 放电电极反应：负极(Pb)： Pb (s)＋SO42—(aq)—2e— PbSO4(s) (氧化反应) 正极(PbO2)： PbO2(s)＋4H+＋SO42—(aq)＋2e PbSO4(s)＋2H2O(l) (还原反应) 充电反应是上述反应的逆过程，则电极反应： 阴极：PbSO4(s)＋2e— Pb(s)＋SO42—(aq) (还原反应) 阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)—2e— PbO2(s)＋4H+＋SO42—(aq) (氧化反应) 规律：①可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应 ②放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极反应式变 方向并将电子移向即得出阴(阳)极反应式 ③放电总反应和充电总反应在形式上互逆(但不是可逆反应) ④二次电池充电时原负极必然要发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作阴极，连接外接电源的负极；同理，原正极 连接电源的正极，作阳极。简记为：负连负，正连正 【练习 1】 1、已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。请 回答下列问题： (1)放电时，负极反应式为____________________________________，正极反应式为_______________________________________ (2)充电时，阴极反应式为____________________________________，阳极反应式为_______________________________________ (3)放电时，K＋向________极迁移，负极的溶液 pH 的变化为________ (4)充电时，镍镉电池的负极应与外接电源的________极相连 2、用吸收 H2 后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用 MH 表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH 溶液作为电解质溶液，可 制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)＋MH Ni(OH)2＋M 电池放电时，负极的电极反应式为_________________________ 充电时，阳极反应式为___________________________________ 四、几个重要电极反应书写 (1)Al——Mg (NaOH 溶液)： 负极： ；正极： 总反应： (2)Al——Cu (稀硝酸)： 负极： ；正极： 总反应： (3)Al——Cu (浓硝酸)： 负极： ；正极： 总反应： (4)Fe——Si (NaOH 溶液)： 负极： ；正极：3 【课后作业】 1、酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2 和 NH4Cl 等组成的糊状 填充物。该电池放电过程产生 MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。该电池的正极反应式为________________， 电池反应的离子方程式为______________________________ 2、与 MnO2-Zn 电池类似，K2FeO4-Zn 也可以组成碱性电池，K2FeO4 在电池中作为正极材料，其电极反应式为_________________， 该电池总反应的离子方程式为____________________________________ 3、二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg－1)。若电解 质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为_________________________________ 4、钴酸锂电池的正极采用钴酸锂(LiCoO2)，负极采用金属锂和碳的复合材料，该电池充放电时的总反应式： LiCoO2＋6C Li1－xCoO2＋LixC6，写出放电时负极的电极反应 5、一种以肼(N2H4)为液体燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作氧化剂，KOH 作电解质。 负极反应式为________________________________，正极反应式为________________________________ 6、NOx 是汽车尾气中的主要污染物之一。通过 NOx 传感器可监测 NOx 的含量，其工作原理示意图如下： (1)Pt 电极上发生的是______反应(填“氧化”或“还原”) (2)写出 NiO 电极的电极反应式： 7、由于锂密度小，活动性强，是制造电池的理想物质。锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理 如图所示，其中电解质 LiClO4 溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入 MnO2 晶格中，生成 LiMnO2。 (1)外电路的电流方向是由________极流向________极(填字母) (2)电池负极反应式为____________________________，正极反应式为____________________________ 8、如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。负极反应 式为__________________________________________，正极反应式为______________________________________ 9、浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取 LiCl 的同 时又获得了电能。①X 为________极，Y 电极反应式为_________________________________ ②Y 极生成 1 mol Cl2 时，________ mol Li＋移向________极(填 X 或 Y) 10、.PbSO4 热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示，其中作为电解质的无水 LiCl－KCl 混合物受热熔融 后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为 PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。负极反应式为________________4 11、一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图所示。 ①电极 A 为________极，CO 和 H2 按体积比 1∶1 发生的电极反应式为_______________________________________ ②电极 B 的反应式为_____________________ ③CO 2－ 3 向________极迁移(填 A 或 B) 12、氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。a 电极的电极反应式是____________________ 13、磷酸燃料电池是目前较为成熟的燃料电池之一，其基本组成及反应原理如图所示，该电池正极的电极反应为___________ 14、以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极的 电极反应式为 15、近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下， Pt(a) 电 极 是 电 池 的 极 ,电 极 反 应 式 为 ， Pt(b) 电 极 发 生 ( 填 “氧 化 ” 或 “ 还 原 ”)反 应 , 电 极 反 应 式 为 ，电池的总反应式为 16、下图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图 (a、b 均为多孔性 Pt 电极)。b 电极是 (填“正”或“负”)极, a 电 极上的电极反应式为 17、以 Al 和 NiO(OH)为电极,NaOH 溶液为电解液组成一种新型电池,放电时 NiO(OH)转化为 Ni(OH)2,该电池反应的化学方程式 是5 18、下图是利用微生物燃料电池处理工业含酚废水的原理示意图, 电极 a 附近发生的反应是 19、Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液（碱性），示意图如下，H2O2在石墨电极上发生 的电极反应式为 20、化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发 电，尿素燃料电池结构如图所示，甲电极反应式为： 。 21、乙烯催化氧化成乙醛可设计成如下图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应： 2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。正极反应式为： 22、“神舟 7 号”宇宙飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还配有高效的 MCPC 型燃料电池，该电池可同时供应电和水 蒸气，所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾，已知该电池的总反应为 2H2＋O2===2H2O，正极反应式为_______________ 23、液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。 该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH 作为电解质。负极发生的电极反应式为：7 【原电池电极反应书写】答案 【练习 1】 1、(1)Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2 2NiOOH＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－ (2)Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－ 2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O (3)正 减小 (4)负 2、MH－e－＋OH－===M＋H2O Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O [解析]负极实际上是稀土储氢合金吸附的 H2 失去电子生成 H＋，H＋再与 OH－结合生成 H2O，所以负极的电极反应式为 MH－e－ ＋OH－===M＋H2O。充电时阳极发生氧化反应，反应式为 Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O。 【课后作业】 1、MnO2＋H＋＋e－===MnOOH 2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋ [解析]①根据酸性锌锰干电池的构造可知，放电时，负极 Zn 失去电子生成 Zn2＋，正极 MnO2 得到电子生成 MnOOH，从而可写 出正极和负极的电极反应式，然后在遵循电子守恒的前提下将两极反应式加合可得电池反应的离子方程式。②电池工作 5 分钟， 通过的电量 Q＝It＝0.5 A×5 min×60 s/min＝150 C，因此通过电子的物质的量 n(e－)＝Q F ＝ 150 C 96 500 C/mol ≈1.554×10－3 mol，则理论 消耗 Zn 的质量是 m(Zn)＝1.554×10－3 mol 2 ×65 g/mol≈0.05 g。 2、FeO2－ 4 ＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ 2FeO2－ 4 ＋8H2O＋3Zn===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－ [解析]K2FeO4-Zn 组成碱性电池，K2FeO4 在电池中作为正极材料，FeO 2－ 4 中＋6 价铁元素被还原为 Fe(OH)3 中＋3 价铁元素，其 电极反应式为 FeO2－ 4 ＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；书写总反应的离子方程式时，关键是抓住 Fe 和 Zn 的存在形式分别是 Fe(OH)3 和 Zn(OH)2 3、CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋ 4、LixC6－xe－===C6＋xLi＋ 5、N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 6、①还原 ②NO＋O2－－2e－===NO2 7、(1)b a (2)Li－e－===Li＋ MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2 8、C2H5OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 9、①正 2Cl－－2e－===Cl2↑ ②2 X 10、Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 11、①负 CO＋H2－4e－＋2CO2－ 3 ===3CO2＋H2O ②O2＋4e－＋2CO2===2CO2－ 3 ③A [解析] (1)由题意可得：CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，1 个 CH3OCH3 产生 12 个电子。 (2)CO、H2 为燃料，在负极上反应。 12、2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O 13、O2＋4H＋＋4e－===2H2O 14、NO2+ NO32－-e-=N2O5 15、负 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+还原 O2+4H++4e-=2H2O 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 16、正 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+ 17、Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2 18、C6H6O-28e-+11H2O 6CO2↑+28H+ 19、H2O2+2e-=2OH- 20、.CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋ 21、O2＋4H＋＋4e－===2H2O 22、H2＋CO2－ 3 －2e－===CO2↑＋H2O 23、N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O