常见化学电源及电极反应式的书写

常见化学电源及电极反应式的写 作者: 来源: 最后修改于: 点击开始打印 中学化学新教材中简要介绍了化学电源的有关知识，各种教辅资料上的相关习题也就接踵而至，应接不暇。这样一来，教师把不住教学的标高，学生理不清解题的思路，本文拟就常见的化学电源进行一下归类，并对相关的电极反应式的书写作简要小结。 一、常见的化学电源原电池是一种将化学能转变为电能的装置，而化学电源则是一种实用的原电池。化学电源品种繁多，大体可分为三类: 1、燃料电池:又称连续电池，一般以天然燃料或其它可燃物质如H、CH等作24为负极反应物质，以O作为正极反应物质而形成的。燃料电池体积小、质量轻、2 功率大，是正在研究的新型电池之一。 (1)氢氧燃料电池 主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂(是一种惰性电极，并具有催化活性)或活性炭作电极，用40%的KOH溶液作电解质溶液。其电极反应式为: 负极:2H2 + 4OH--4e- = 4H2O 正极:O2 + 2H2O +4e- = 4OH-总反应式为: 2H2 + O2 = 2H2O (2)甲烷燃料电池 用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液。其电极反应式为: 负极:CH4 + 10 OH- -8e-==CO3 2- +7H2O 正极:2O2 + 4H2O +8e- == 8OH- 总反应式为:CH4 + 2O2 +2KOH==K2CO3+ 3H2O (3)甲醇燃料电池 是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的10倍。其电极反应式为: 负极:2CH4O + 16OH- -12e-==2CO3 2- +12H2O 正极:3O2 + 6H2O +12e- == 12OH- 总反应式为:2CH4O + 3O2 +4OH-==2CO3 2- + 6H2O (4)固体氧化物燃料电池 该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O 2-在其间通过(其工作原理如右图所示)。其电极反应式为: 负极:2H2 + 2O2--4e- = 2H2O 正极:O2 +4e- = 2O 2- 总反应式为:2H2 + O2 = 2H2O (5)熔融盐燃料电池 该电池用Li2CO3和的Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在6500C下工作的燃料电池。熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。其电极反应式为:负极:2CO+2CO3 2- -4e-==4CO2 正极:O2 + 2CO2+4e- ==2CO3 2- 总反应式为:2CO +O2 ==2CO 2、蓄电池:可以多次反复使用，放电后可以充电复原，又称二次电池。 (1)铅蓄电池 铅蓄电池是一种常见的可充电池，在工农业生产和日常生活中有广泛的应用。该电池以Pb和PbO2作电极材料，H2SO4作电解质溶液。其电极反应式为: 负极:Pb+SO4 2- -2e- = PbSO4 正极:PbO2 +4H++ SO4 2- +2e- = PbSO4+2H2O总反应式为: Pb+ PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O (2)碱性镍—镉电池 该电池以Cd和NiO(OH) 作电极材料，NaOH作电解质溶液。其电极反应式为: 负极:Cd+2OH--2e- ==Cd(OH)2 正极:2NiO(OH)+2H2O +2e-==2Ni(OH)2+2OH- 总反应式为:Cd+2NiO(OH)+2H2O== Cd(OH)2+2Ni(OH)2 从上述两种蓄电池的总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能 镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不力降低。而镍— 会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化。 (3)氢镍可充电池 该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电500次，可以取代会产生镉污染的镍—镉电池。其电极反应式为: 负极:H2+2OH--2e- ==2H2O 正极:2NiO(OH)+2H2O +2e-==2Ni(OH)2+2OH- 总反应式为:H2+2NiO(OH)== 2Ni(OH) 3、一次性电池:即电池中的反应物质在进行一次电化学反应放电之后就不能再次使用了。 (1)锌锰电池—干电池 该电池的负极材料是锌，正极材料是碳棒，电解质是MnO2、NH4Cl、ZnCl2组成的糊状物。其电极反应式为: 负极:Zn-2e- == Zn 2+ 正极:2MnO2+2 NH4+ +2e-==Mn2O3+2NH3+H2O 总反应式为:Zn+2MnO2+2 NH4+ == Zn 2+ + Mn2O3+2NH3+H2O 电池中MnO2的作用是将正极上NH4+还原生成的H氧化成为水，以免产生H2附在石墨面而增加电池内阻。由于反应中锌筒不断消耗变薄，且有液态水生成，故电池用久后会变软。 (2)银锌电池—钮扣电池 该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。其电极反应式为: 负极:Zn+2OH--2e- == ZnO+H2O 3)正极:Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH-总反应式为:Zn+ Ag2O== ZnO+2Ag(高能电池—锂电池 该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。由于锂的相对原子质量很小，所以比容量(单位质量电极材料所能转换的电量)特别大，使用寿命长，适用于动物体内(如心脏起搏器)。因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂。如作心脏起搏器的锂—碘电池的电极反应式为: 负极:2Li-2e- ==2Li+ 正极:I2+2e-==2I- 总反应式为:2Li+I2==2LiI (4)海水铝电池 该电池是1991年我国首创以“铝-空气-海水”电池为能源的新型航海标志灯。这种灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中就能发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20—50倍。其电极反应式为: 负极:4Al-12e- ==4Al 3+ 正极:3O2+4H2O+8e-==8OH- 总反应式为:4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3 二、电极反应式的书写 写电极反应式是学习电化学的基本功，也是高考和竞赛所必须掌握的知识点。一般来讲，书写原电池的电极反应式应注意如下四点: 1、准确判断原电池的正负极 如果电池的正负极判断失误，则电极反应式必然写错，这是正确书写电极反应式的前提。一般而言，较活泼的金属成为原电池的负极，但不是绝对的。 如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，铜却是原电池的负极被氧化，因为铝在浓硝酸中表面产生了钝化。此时，其电极反应式为: 负极:Cu-2e- ==Cu 2+ 正极:2NO3-+4H + +2e-==2NO2+2H2O 又如将镁铝合金放入6mol/L的NaOH溶液中构成原电池时，尽管镁比铝活泼，但镁不和NaOH溶液反应，所以铝成为负极，其电极反应式为: 负极:2Al+8OH—6e-==2AlO2- +4H2O 正极:6H2O+6e-==3H2+6OH-2、 高度注意电解质的酸碱性在正、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两种，在酸溶液中负极反应式为:2H2-4e-==4H+ 正极反应式为:O2+4H+ +4e-==2H2O; 如是在碱溶液中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现OH-。又于CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中C元素以CO32-离子形式存在，而不是放出CO2。 3、牢牢抓住总的反应方程式从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可成原电池。而两个电极反应相加即得总的反应方程式。所以，对于一个陌生的原电池，只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式，即可迅速写出另一个电极反应式。 4、不能忽视电子转移数相等在同一个原电池中，负极失去的电子数必等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒。这样可以避免由电极反应式写总反应方程式，或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误，同时，也可避免在有关计算中产生误差。