介质对原电池电极反应方程式书写的影响
【摘 要】 原电池是由两根电极和电解质溶液(即介质)组成。其电极反应除了与电极材料本身的性质有关外,还与电解质溶液的性质有关。
【关 键 词】 介质;电解质溶液;电极反应式
原电池是由两根电极和电解质溶液(即介质)组成。其电极反应除了与电极材料本身的性质有关外,还与电解质溶液的性质有关。有的原电池放电时的总反应方程式相同,但电池中的电解质不同,其电极反应就不同。学生对不同电解质时,电极方程式的书写容易出错,尤其遇到陌生电解质类题目时往往无从下手。因此在原电池原理及应用的教学过程中应特别予以注意。下面就介质对电极反应方程式书写的影响进行小结。
一、影响电极反应方程式的书写
例1 甲烷燃料电池中,如分别以下列四种电解质中构成原电池,书写电极反应方程式与总反应方程式。
(1)h2so4溶液
(2)naoh 溶液
(3)zro2、y2o3固体(高温下能传导o2-)
(4)熔融的k2co3(正极通入的o2中混有co2)。
解:(1)酸性条件:加h+使进行电荷守恒。
正极:2o2+8h++8e-=4h2o
负极:ch4-8e-+2h2o=co2+8h+
总反应式:ch4+2o2=co2+2h2o
(2)碱性条件:加oh-使进行电荷守恒。
正极:2o2+4h2o+8e-=8oh-
负极:ch4-8e-+10oh-=co32-+7h2o
总反应式:ch4+2o2+2naoh=na2co3+3h2o
(3)固体电解质:加co32-使进行电荷守恒。
正极:2o2+8e-=4o2-
负极:ch4-8e-+4o2-=co2+2h2o
总反应式:ch4+2o2=co2+2h2o
(4)熔融碳酸盐:加o2-使进行电荷守恒。
正极:2o2+4co2+8e-=4co32-
负极:ch4-8e-+4co32-=5co2+2h2o
总反应式:ch4+2o2=co2+2h2o
注意点:
1. 碳元素在酸性、中性环境中生成co2,而在碱性环境中生成co32-。
2. 主要是三步法书时电荷守恒中,不同的介质要加不同的离子。
二、影响电池的正负极
例2 以镁和铝为两极,分别在稀硫酸和氢氧化钠溶液中构成原电池,书写电极反应方程式与总反应方程式。
解:(1)酸性条件
负极:mg-2e-=mg2+
正极:6h2o+6e-=3h2↑+6oh-
总反应式:mg+h2so4=mgso4+h2↑
(2)碱性条件
正极:2h++2e-=h2↑
负极:2al-6e-+8oh-=2alo2-+4h2o
总反应式:2al+2naoh+2h2o=2naalo2+3o2↑
三、影响电池反应的方向
例3 根据可逆反应:
aso43-+2i-+2h+?葑aso33-+i2+h2o,设计如图所示实验装置。b 烧杯中装有na3aso3和na3aso4溶液,a 烧杯中装有i2和ki 溶液。两烧杯中用盐桥相连,两电极均为惰性电极。进行如下操作:
①向a 溶液中逐滴加入浓hcl ,发现电流计指针发生偏转;
②若改向b 溶液中滴加40%的naoh 溶液,发现电流计指针向相反方向偏转。 写出两操作中电极反应方程式。
解析:对于平衡:aso43-+2i-+2h+?葑aso33-+i2+h2o,操作①中加入hcl ,使平衡正向移动,i-失电子,故c1作负极,c2作正极;操作②滴加naoh 溶液使平衡逆向移动,i2得电子,故c1作正极,c2作负极。
操作①:向a 溶液中逐滴加入浓hcl :
正极:aso43-+2e-+2h+=aso33-+h2o
负极:2i--2e-=i2
总反应式:aso43-+2i-+2h+?葑aso33-+i2+h2o
操作②:向b 溶液中逐滴加40%的naoh 溶液:
正极:i2+2e-=2i-
负极:aso33--2e-+2oh-=aso43-+h2o
总反应式:aso33-+i2+2oh-?葑aso43-+2i-+h2o
从化学平衡移动的角度分析,明确电解质的不同发生的电池反应不同是解答本题的关键。 总之,在书写原电池电极反应式时,要注意不同介质对原电池电极反应的影响,应用氧化还原、化学平衡原理进行分析,再用不同的离子来进行电荷守恒,就能正确地解决这类问题。