1、原电池是高中化学的重点章节,而其中电极反应方程式的知识已成为近几年能力测评的重要内容之一。原电池与其他的能源相比有许多的优点,如能量转换率高,可制成各种形状,不同容量、电压的电池及电池组,在现代生活、科研、国防中都有广泛的应用。正是由于这些原因,关于原电池的考题频频出现,电极反应方程式的书写更是考查的重点。电化学知识的考查题型为选择题和填空题,选择题重点考查电极名称、离子或电子的移动方向、电极上发生反应的类型、电极附近或整个溶液的酸碱性变化、电极反应式的正误判断；填空题重点考查电极反应式和电极总反应式的书写,题目灵活多变，既源于课本又高于课本。有关电化学中电极反应式和总反应方程式的书写，是重要
2、的考点，也是难点。原电池两电极上分别发生氧化反应、还原反应,因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒，弱电解质、气体和难溶物均写化学式,其余的以离子符号表示，正极反应、负极反应产物根据题意或化学方程式确定,也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。一般原电池电极反应式的书写方法是，首先按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量；然后根据电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的 H 应让其结合 OH 生成水，电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平；最后将两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。根据装置书
3、写电极反应式应先分析给定的图示装置,确定原电池的正、负极上的反应物质。一般负极是活泼金属或 H2失去电子生成阳离子，若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存,则该阴离子应写入负极反应式，如铅蓄电池的负极:Pb+SO 42-2e-=PbSO4。一般正极是阳离子得到电子生成单质或 O2得到电子，若反应物是 O2,则正极的电极反应式有以下规律：电解质溶液呈碱性或中性:O 2+2H2O+4e-=4OH-；电解质溶液呈酸性:O 2+4H+4e-=2H2O。正、负电极反应式相加得到电池的总反应式。【例题 1】如图装置为某新型燃料电池的工作示意图,以 HCl-NH4Cl 溶液为电解质溶液。下列有关说法中正
4、确的是( )A.通入 H2的电极为正极 B.该电池的负极反应式为 N2+6e-+8H+=2N+4C.图中分离出的物质 A 为 NH4ClD.该电池工作一段时间后,溶液的 pH 减小【解析】分析题目中示意图可得,正极反应式为 N2+6e-+8H+=2N ,负极反应式为 3H2-6e-=6H+,故 A、B 两项+4均错误;电池工作的总反应式为 N2+3H2+2H+=2N ,消耗 H+,故电池工作一段时间后,溶液的 pH 增大,故 D 项+4错误;从电池的总反应式可知最终生成的物质为 NH4Cl,则图中分离出的物质 A 为 NH4Cl,故 C 项正确。【答案】C根据总反应式书写电极反应式的一般书写步
5、骤：列物质,标得失；选离子,配电荷；配个数,巧用水；两式加,验总式。以 2H2+O2=2H2O 为例,电解质溶液为 KOH 溶液：根据总反应式列出发生氧化反应的物质为H2,转移电子数为 2e-；根据电解质溶液的酸碱性,用 H+或 OH-或其他离子配平,使两边电荷总数相等，则负极反应式为 H2-2e-+2OH-=2H2O，注意在碱性溶液中,电极反应式不出现 H+。同理得到正极反应式为 O2+4e-+2H2O=4OH-。将正、负极反应式相加,若得到总反应式,说明写法正确。【例题 2】金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方
6、程式为：4M nO22 nH2O=4M(OH)n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是( )A采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面B比较 Mg、Al、Zn 三种金属空气电池，Al空气电池的理论比能量最高CM空气电池放电过程的正极反应式：4M n nO22 nH2O4 ne =4M(OH)nD在 Mg空气电池中，为防止负极区沉积 Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜可充电电池放电时为原电池,充电时为电解池。原电池的负极发生氧化反应,充电时为阴极,发生还原反应,故放电时的负极反应式与充电时的阴
7、极反应式相反；原电池的正极发生还原反应,充电时为阳极,发生氧化反应,故放电时的正极反应式与充电时的阳极反应式相反。使两个电极反应式的得失电子相等后将两式相加,消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意若反应式同侧出现不能共存的离子,如 H+和 OH-、Pb 2+和 SO42，要写成反应后的物质,如 H2O、PbSO 4。【例题 3】目前人们正研究开发一种高能电池钠硫电池，它以熔融的钠、硫为两极，以 Na 导电的Al 2O3陶瓷作固体电解质，反应为 2Na xS Na2Sx。以下说法正确的是( )A.放电时，钠作正极，硫作负极B.放电时，Na 向负极移动C.充电时，钠极与外电源正极相连，硫极与外电
8、源的负极相连D.放电时，负极发生的反应是：2Na2e =2Na在燃料电池中,电解质溶液参与电极反应,电解质酸碱性的改变,引起电极反应的变化,但不影响燃料及 O2的性质。电极反应在遵守质量守恒、电荷守恒、电子得失守恒的同时,还要特别考虑电解质溶液是否参与反应。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，如氢氧燃料电池有酸式和碱式，在酸溶液中，电极反应式中不能出现 OH ，在碱溶液中，电极反应式中不能出现 H+，像 CH4、CH 3OH 等燃料电池，在碱溶液中碳（C）元素以 CO32 离子形式存在，而不是放出 CO2气体。下表以 CH3OH、O 2燃料电池为例，分析电极反应式的
9、书写。正极反应式 负极反应式酸性介质O26e 6H =3H2O 32 CH3OH6e H 2O=CO26H 碱性介质O26e 3H 2O=6OH32 H3OH6e 8OH =CO 6H 2O23熔融碳酸盐介质O26e 3CO 2=3CO3223CH3OH6e 3CO =4CO22H 223O高温下传导 O2O26e =3O232 CH3OH6e 3O 2 =CO22H 2O【例题 4】一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )A.反应 CH4+H2O 3H2+CO,每消耗 1 mol CH4转移 12 mol 电子B.电极 A 上 H2参与的电极反应为 H2+
10、2OH-2e-=2H2OC.电池工作时,C 向电极 B 移动2-3D.电极 B 上发生的电极反应为 O2+2CO2+4e-=2C2-3【考点练习】1.如图装置为某新型燃料电池的工作示意图,以 HCl-NH4Cl 溶液为电解质溶液。下列有关说法中正确的是( )A.通入 H2的电极为正极 B.该电池的负极反应式为 N2+6e-+8H+=2N+4C.图中分离出的物质 A 为 NH4ClD.该电池工作一段时间后,溶液的 pH 减小2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为 Zn(s)2MnO 2(s)2H 2O(l)=Zn(OH)2(
11、s)2MnOOH(s)。下列说法中错误的是( )A.电池工作时，锌失去电子B.电池正极的电极反应式为 2MnO2(s)2H 2O(l)2e =2MnOOH(s)2OH (aq)C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D.外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量减少 6.5 g3.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（）A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的 c(SO42 )减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡4.在固态金属氧化物电解池中，高温共电解
12、H2OCO2混合气体制备 H2和 CO 是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是（）AX 是电源的负极B阴极的反应式是：H 2O2eH 2O 2CO 22eCOO 2C总反应可表示为：H 2OCO 2 H2COO 2= = = =通 电 D阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是 115甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染的车载电池，其工作原理如下图。下列有关叙述正确的是AH +从正极区通过交换膜移向负极区B负极的电极反应式为：CH 3OH(l)+H2O(l)6e CO 2(g)+6H+Cd 导出的是 CO2D图中 b、c 分别是 O2、甲醇6.原电池是化学对人类
13、的一项重大贡献。(1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：电池的负极是_(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为_。电池工作一段时间后电解质溶液的 pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用 Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与 CO2的混合气为正极助燃气，制得在 650 下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO2CO 4e =4CO2；23正极反应式：_；总电池反应式：_。7.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压，该电池的总反应为 3Zn2K 2FeO48H
14、2O 3Zn(OH)22Fe(OH) 34KOH。(1)放电时负极反应为_。(2)充电时 Fe(OH)3发生_反应。(3)放电时电子由_极流向_(填“正”或“负”)极。(4)放电时 1 mol K2FeO4发生反应，转移电子数是_。8.燃料电池是利用燃料(如 H2、CO、CH 4、CH 3OH、NH 3等)与 O2反应从而将化学能转化为电能的装置。(1)甲烷燃料电池(NaOH 作电解质溶液)的负极反应式为_，正极电极反应式为_，放电过程中溶液的 pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)瑞典 ASES 公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨液氧燃料电池示意图如右，有关说法正确的是_。a.电池工作
15、时，Na 向负极移动b.电子由电极 2 经外电路流向电极 1c.电池总反应为 4NH33O 2=2N26H 2Od.电极 2 发生的电极反应为 O24H 4e =2H2O(3)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。A 为生物燃料电池的_(填“正”或“负”)极。正极反应式为_。负极反应式为_。放电过程中，H 由_极区向_极区迁移(填“正”或“负”)。在电池反应中，每消耗 1 mol 氧气，理论上能生成标准状况下 CO2气体_L。该电池_(填“能”或“不能”)在高温下工作。(4)CO 无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因 CO 中毒而失去生命。一种 CO 分析仪的工作原理如图所示，该
16、装置中电解质为氧化钇氧化钠，其中 O2 可以在固体介质 NASICON 中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中 CO 的含量越高，请回答：a 极电极反应式为_。工作时，O 2 由电极_向电极_移动(填“a”或“b”，下同)，电子由电极_通过传感器流向电极_。参考答案1.【解析】分析题目中示意图可得,正极反应式为 N2+6e-+8H+=2N ,负极反应式为 3H2-6e-=6H+,故 A、B 两项均+4错误；电池工作的总反应式为 N2+3H2+2H+=2N ,消耗 H+,故电池工作一段时间后,溶液的 pH 增大,故 D 项错误；+4从电池的总反应式可知最终生成的物质为 NH4Cl,则图中分离
17、出的物质 A 为 NH4Cl,故 C 项正确。【答案】C2.【解析】锌为负极，在反应中失去电子；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子移动方向与电流方向相反，故 C 错误；由电子守恒知 D 项正确；由该电池反应的总反应式和原电池原理写出正极反应式知B 正确。【答案】C4.【解析】A、从图示可看出，与 X 相连的电极发生 H2OH 2、CO 2CO 的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则 X 为电源的负极，A 正确；B、阴极 H2OH 2、CO 2CO 均得电子发生还原反应，电极反应式分别为：H2O2eH 2O 2、CO 22eCOO 2，B 正确；C、从图示可知，阳极生成 H2和 C
18、O 的同时，阴极有O2生成，所以总反应可表示为：H 2OCO 2 通 电 H2COO 2，C 正确；D、从总反应方程式可知，阴极生成2mol 气体(H 2、CO 各 1mol)、阳极生成 1mol 气体(氧气)，所以阴、阳两极生成的气体物质的量之比21，D 错误。 【答案】D5.【解析】由 H+的迁移方向（从负极到正极） ，可知甲为负极，乙为正极，故 b、c 分别通入甲醛、O2；c、d 分别导出 CO2、H 2O。 【答案】B6.【解析】(1)CH 4在反应时失去电子，故 a 电极是电池的负极。由于电池工作过程中会消耗 OH ，故一段时间后，电解质溶液的 pH 会减小。(2)正极发生还原发应，
19、故正极电极反应式为 O22CO 24e =2CO ，根据正23极反应式负极反应式总电池反应，可推知总电池反应式应为 2COO 2=2CO2。【答案】(1)a CH 410OH 8e =CO 7H 2O 减小 (2)O 22CO 24e =2CO 2COO 2=2CO223 237.解析 放电时锌在负极发生氧化反应，因为电解质是碱，故负极反应是 Zn2e 2OH =Zn(OH)2；电子由负极流出，通过外电路流向正极，每 1 mol K2FeO4发生反应，转移电子是 3 mol，数目是 1.8061024，充电时Fe(OH)3失去电子发生氧化反应。【答案】(1)Zn2e 2OH =Zn(OH)2(
20、2)氧化 (3)负 正 (4)1.80610 242 为原电池正极，电池工作时，Na 向正极移动，电子由电极 1 经外电路流向 2，电极 2 电极反应式为O22H 2O4e =4OH 。电极 1 电极反应式为 2NH36OH 6e =N26H 2O。(3)O 2H 2O 发生还原反应，故 A为燃料电池的正极，B 为燃料电池的负极。由于电解质中含有 H ，故正极电极反应为 O24H 4e =2H2O，负极电极反应为 C6H12O66H 2O24e =6CO224H 。放电过程中，H 由负极区向正极区移动。葡萄糖燃料电池的总反应为 C6H12O66O 2=6CO26H 2O，即 1 mol O21
21、 mol CO2，每消耗 1 mol O2，理论上生成标准状况下 CO2气体 22.4 L。高温下由于微生物蛋白质发生变性，故该电池不能在高温下工作。(4)根据元素价态变化可知，a 电极为负极，电极反应式为 COO 2 2e =CO2，b 电极为正极，电极反应式为 O24e =2O2 ，总反应为 2COO 2=2CO2。工作时电子由电极 a 通过传感器流向电极 b，O 2 由电极 b 向电极 a 移动。【答案】(1)CH 410OH 8e =CO 7H 2O O 22H 2O4e =4OH 减小 (2)c (3)正极 23O 24H 4e =2H2O C 6H12O66H 2O24e =6CO224H 负 正 22.4 不能 (4)COO 2 2e =CO2 b a a b
