Question

化学选修四，原电池中电解质为碱性溶液时，电极方程式怎样写？

有些电极方程式中，有水，OH-，H+，这种不太清楚怎样写。
请说详细一点，最好举个例子。

Answer 1

首先，电解纯水的方程式为：2H2O = 2H2 + O2
其中，正极，得电子，方程式为：2H+ = H2
负极，失电子，方程式为：4OH- = 2H2O + O2
然后，类推其他所有的原电池的电极方程式
1、当有阳离子的氧化性强于H+的时候，该物质得到电子，否则，放出H2
2、当有阴离子的还原性强于O2-的时候，该物质失去电子，否则，放出O2
汗，说反了，我说的是电解池。。。原电池反过来就行
生成纯水方程式应该为 2H2 + O2 = 2H2O
其中，阳极，失电子，方程式为：2H2 - 4e = 4H+
阴极，得电子，方程式为：O2＋2H2O + 4e = 4OH-
然后分析同上
1、当有还原性强于H2的物质的时候，该物质失去电子，否则，生成H+
2、当有氧化性强于O2的物质的时候，该物质得到电子，否则，生成OH-

Answer 2

O2＋2H2O +4e-=4OH- 碱性溶液的 记住不可能电解出氢离子

Answer 3

原电池原理与应用
一、原电池的工作本质：
原电池本质为氧化还原反应，是将化学能转化为电能的装置。
二、原电池的形成条件：
1、两个活动性不同的电极，其中必有一种是金属(失电子)，另一种可以是金属，也可以是非金属(如石墨或金属氧化物)随着新型电池的出现，两电极也可以是相同的金属或非金属作导电物质，充入或附着氧化性与还原性的物质。
2、电解质溶液(可以是酸、碱或中性；可以参与反应，也可以仅作导电物质)。
3、两电极应与电解质溶液接触，同时两电极应该用导线相连或直接接触(形成闭合回路)。
三、原电池工作原理：
1、以铜锌原电池为例，稀硫酸为电解质溶液：
①、在稀硫酸溶液中插入锌片，发生反应：Zn+2H+ = Zn2++ H2↑
②、向稀硫酸溶液中插入Cu片，无现象。
③、当用导线将Zn片和Cu片连接起来之后，Cu片周围放出气体，该气体为H2。因为：当用导线将Zn片和Cu片连接起来之后，由于电子(e－)沿导线传递的速度远大于传给H+的速度，所以电子即沿着导线到达Cu片，在Cu板的表面聚集了一层带负电的电子，若导线连有一电流计，会观察到电流计的指针发生偏移。由于铜极表面带负电，必然吸引溶液中的阳离子(H )向Cu极移动。结果，H+在Cu板的表面得电子变为H2逸出，而Zn片则氧化成Zn2+。导线中有电子(即电流)通过，从而产生电能。
Ⅰ、电极反应：(－)Zn片 Zn－2 e－ = Zn2+(氧化反应)
(+) Cu片 2H+ + 2e－ = H2↑(还原反应)
总反应： Zn+Cu2+==Zn2++Cu
Ⅱ、流动方向 导线：电子由负极流出，经过导线，到达原电池的正极。
溶液中：H+由溶液向正极移动，Zn2+由负极向溶液扩散；SO42―由溶液向负极移动。
2、若电解质溶液为中性溶液，如H2O或NaCl溶液，则负极仍然是Zn片(失电子)，Cu片仍然是正极，但是正极发生的反应有所不同，溶在水中的氧得电子发生还原反应：
(－)Zn片 Zn－2 e－ = Zn2+(氧化反应)
(+) Cu片2H2O + O2 + 4 e－ = 4OH－(还原反应)
四、原电池的种类：
原电池的种类大致分为：干电池(Zn—C干电池)、银锌电池、氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等等。
1、新型燃料电池的特点：
①将氧化剂(通常是O2)、还原剂(可燃气体：H2、CO、CH4、可燃物钙、铝等)不断转入电池，同时将电极反应的产物不断排出电池。
②能量转化率高，可持续使用。
③其燃烧产物不污染环境。
4 e-
点燃
2、原理：以氢氧燃料电池为例，说明：
H2在氧气中燃烧：2H2 + O2 ==== 2H2O ，H2分子可把电子直接给O2。但是当把H2和O2 分别通

入浸在电解质溶液中用导线相连的两个电极中H2在负极失电子变为H+，但是电子并没有直接给O2，而是沿着导线流入正极。O2在正极得电子变为OH－，然后H+和OH－再结合生成水。导线上有电流产生，该反应没有燃烧现象，但其产物却与燃烧产物相同。其它燃料电池的反应原理也与之相同，燃料电池的电解质溶液通常为强碱(KOH、NaOH)主要吸收水或CO2。
3、几种常见电池的电极反应：
①氢氧燃料电池：负极通H2，正极通O2，电解质溶液为KOH溶液。
电极反应为：(－)2H2 + 4OH－－4 e－ = 4H2O
(+)O2 + 2H2O + 4 e－ = 4OH－ 电极反应为：2H2 + O2 ====2H2O
若以H2SO4 为电解液，则相应方程式为？
②甲烷——氧燃料电池：负极通CH4，正极通O2，电解质溶液为KOH溶液：
电极反应：(－)CH4 + 10 OH－－8 e－ = CO2 + 7H2O
(+)2O2 + 4H2O + 8 e－ = 8OH－ 电极反应为：CH4 + 2O2=== CO2 + 2H2O
③铝——空气燃料电池：负极为Al，正极通空气，电解质溶液为碱性或中性溶液：
电极反应：(－)4Al－12 e－ = 4Al3+ (+)3O2 + 6H2O + 12 e－ = 12OH－
电极反应为：4Al + 3O2 + 6H2O == 4Al(OH)3
④铅蓄电池：负极为Pb，正极为 PbO2 电解质溶液为硫酸。
(－)Pb+SO42―+2 e－====PbSO4 (+)PbO2+ SO42―+4H++2 e－===PbSO4+2H2O
电池反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
⑤银—锌高能电池：由负极为Zn ，正极为Ag2O ，电解质为KOH溶液。
(－) Zn－2 e－+2OH－ ZnO+H2O： (+) Ag2O+2 e－+H2O 2Ag+2OH－
电池总反应：Zn+Ag2O=== 2Ag+ZnO
五、钢铁的腐蚀及防护
1、钢铁的腐蚀

化学腐蚀
电化学腐蚀
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
金属与非电解质等直接接触
不纯金属或合金与电解质溶液接触
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化的过程
较活泼金属被氧化的过程
反应
同时同区域发生氧化还原反应
如：3Fe + 2O2 �Fe3O4
氧化还原反应分在两个区域同时发生
正极：Fe－2e－=Fe2+
负极：2H++2e－=H2↑
有氢气析出。
正极：2Fe－4e－=2Fe2+
负极：O2+2H2O+42e－=4OH－
要吸收空气中的氧气。
相互关系
化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍危害更严重。

生活中环境呈中性较多，酸性环境较少，所以吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍。
2、钢铁的防护：
①改变金属的内部结构：如使铁转变为钢。
②覆盖保护层：油漆、搪瓷、镀难氧化或易形成保护层的金属
③电化学保护法：连比铁活泼的金属或连电源的负极。
六、原电池原理的应用：
1、制干电池、蓄电池和高能电池。
2、比较金属腐蚀的快慢。
①、电解质相同的同一金属：连电源正极的腐蚀＞连不活泼金属的腐蚀＞化学腐蚀＞有一般保护的腐蚀＞连活泼金属保护的腐蚀＞连电源负极保护的腐蚀；
②、金属相同时：强电解质＞弱电解质＞非电解质
③、两极材料的活泼性差别越大，活泼金属被腐蚀的速率越快，不活泼金属被保护的越好。
例：马口铁(镀锡铁)和白皮铁(镀锌铁)。
两种金属在镀层没有受到破坏之前，都能很好地保护钢铁不被腐蚀(锌锡形成氧化层保护内部的铁)。一旦镀层受到破坏，由于按金属活动顺序：Zn＞Fe＞Sn，所以白皮铁的铁仍然能受到保护，但是马口铁立即取代了锡成为负极而被氧化腐蚀。
3、比较反应速率：如Zn + 2HCl(稀)= ZnCl2 + H2↑若想加快放H2的速率，用粗锌(含杂质，可以与锌形成原电池)比纯锌放H2快；若没有粗锌，只有纯锌，可以向HCl溶液中加少量的Cu片(与锌片相连)，形成Cu—Zn原电池或加少量CuSO4溶液。
4、比较金属的活动性强弱：一般金属越活泼越容易被氧化，而不活泼的金属一定是原电池的正极。
5、原电池电极名称的判断方法
①根据电极反应的本身确定。
失电子的反应→氧化反应→负极
得电子的反应→还原反应→正极
②根据电流方向确定

③根据电极材料的性质确定。[活泼是相对的，与电解质、温度等有关。例Mg、Al(在稀H2SO4、NaOH)；Fe、Cu(稀HCl、浓HNO3)]

通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。

④ 根据电极本身的质量变化判断
通常电极质量减少的是负极，增加或有气泡的是正极，不变的要具体判断

6、原电池电极反应式书写关键
①、负极：M – ne— = Mn+ 还要溶液中的电解质是否应允它存在，不允许则还要加上相应离子变成稳定物质(下同)。

②、正极：Ⅰ酸性溶液中 (如H2SO4 溶液) 2H+ + 2e－ = H2↑

Ⅱ不活泼金属盐或铵盐溶液(如AgNO3、NH4Cl)
Mn+ + ne— = M或2NH4+ + 2e— = 2NH3 ＋ H2↑

Ⅲ中性、碱性和弱酸性条件下(如K2SO4)O2+4e—+2H2O===4OH—
要注意总的反应式是否满足质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。
③、电极方程式与总方程式互写方法：略
④、由电极方程式可推断电极周围及电解质溶液的酸碱性的变化；
7、原电池、电解池、电镀池的判断规律
(1)若无外接电源，又符合原电池的三条件。①有活泼性不同的两个电极；②两极用导线互相连接成直接插入连通的电解质溶液里；③较活泼金属与电解质溶液能发生氧化还原反应(也可与水电离产生的H+作用)，只要同时具备这三个条件即为原电池。
(2)若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属离子属同种元素时，则为电镀池。
(3)若多个单池相互串联，又有外接电源时，则与电源相连接的装置为电解池成电镀池。若无外接电源时，先选较活泼金属电极为原电池的负极(电子输出极)，有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。
8、原电池的设计
以氧化还原反应为基础，发生氧化反应的反应物作负极反应，还原反应的反应物作正极反应，若相应反应物为固体，通常即为电极，若不属于固体还应增加某些可导电的固体作电极。并选择适宜的电解质溶液（必须含有氧化还原反应中所涉及的离子。）

Answer 4

原电池的电极反应式的书写，氢和氧的配平是一个难点。配平氢和氧的一般方法：电解液呈酸性时，两侧分别添加氢离子和水；电解液呈碱性时，两侧分别添加氢氧根离子和水；电解液呈中性时，左侧添加水，右侧添加氢离子或者氢氧根离子。
电解液酸碱性的判别：如果题目中没有给出，一般可以根据生成物估计，如果生成金属离子、氢气，酸性气体（如二氧化碳）等，可以按照酸性处理；如果生成金属的氧化物，氢氧化物，碳酸盐等，可以按照碱性处理；电解液呈中性的较少，如无特别说明，可以不考虑中性。【如果无法判断电解液的酸碱性，负极的金属氧化产物可以写成金属阳离子。】