高中化学第四章电化学基础重难点三电极反应和电池反应方程式(含解析)新人教版选修4

重难点三电极反应和电池反应方程式
电极反应方程式的书写步骤：
1．首先判断原电池的正负极
如果电池的正负极判断失误，则电极反应必然写错．一般来说，较活泼的金属失去电子，为原电池的负极，但不是绝对的．如镁片和铝片插入氢氧化钠溶液中组成的原电池虽然镁比铝活泼，但由于铝和氢氧化钠溶液反应失去电子被氧化，因而铝是负极，此时的电极反应为：负极：2Al-6e-═2Al3+
正极：6H2O+6e-═6OH-+3H2↑ 或 2Al3++2H2O+6e-+2OH-═2AlO2-+3H2↑
再如，将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，由于铝在浓硝酸中发生了钝化，铜却失去电子是原电池的负极被氧化，此时的电极反应为：
负极：Cu-2e-═Cu2+
正极：2NO3-+4H++2e-═2NO2↑+2H2O
2．要注意电解质溶液的酸碱性
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-氧燃料电池就分酸式和碱式两种，在酸性溶液中的电极反应：
负极：2H2-4e-═4H +
正极：O2+4H++4e-═2H2O
如果是在碱性溶液中，则不可能有H+出现，同样在酸性溶液中，也不能出现OH-．由于CH4、CH3OH 等燃料电池在碱性溶液中，碳元素是以CO32-离子形式存在的，故不是放出CO2．
3．还要注意电子转移的数目
在同一个原电池中，负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒．这样可避免在有关计算时产生错误或误差，也可避免由电极反应式写总反应方程式或由总方程式改写电极反应式时所带来的失误
4．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设计成原电池．而两个电极相加即得总的反应方程式．所以对于一个陌生的原电池，只要知道总的反应方程式和其中的一个电极反应式，就可写出另一个电极反应式
【重难点点睛】原电池正、负极电极反应式的书写技巧：
（1）先确定原电池的正负极上的反应物质，并标出相同电子数目的得失；
（2）注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存．若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式中，且O2生成OH-；若电解质溶液为酸性，则H+必须写入正极反应式中，且O2生成H2O；若在熔融盐电解质中反应，则O2可能得电子变成O2-；
（3）正负电极反应式相加得到电池反应的总方程式，若能写出已知电池反应的总方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到比较难写的电极反应式。

【重难点指数】★★★
【重难点考向一】原电池电极反应式的书写
【例1】原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关．下列说法中正确的是( )
A．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2+
B．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2+
C．由Al、Mg、NaOH溶液组成原电池，负极反应式为：Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O
D．由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池中，负极反应式为：Al-3e-=Al3+
【答案】C
【重难点点睛】考查电极反应式的书写，正确判断正负极是解本题关键，原电池的正极发生还原反应，负极发生氧化反应，再结合电解质溶液书写电极反应式，注意不能单纯根据金属的活泼性强弱判断正负极，为易错点。

【重难点考向二】燃料电池电极反应式书写
【例2】科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以硫酸为电解质的燃料电池发电．电池负极反应为( )
A．H2+2OH--2e-=2H2O
B．O2+4H++4e-=2H2O
C．H2-2e-=2H+
D．O2+2H2O+4e-=4OH-
【答案】C
【名师点睛】考查电极反应，氢气具有还原性，在负极上发生氧化反应，由于电解质溶液呈酸性，则负极上氢气失电子生成氢离子，负极反应为H2=2H++2e-，正极反应O2+4H++4e-=2H2O。

【重难点考向三】电解池电极反应
【例3】用石墨做电极，电解氯化铜和氯化钠的混合溶液，在任何情况下，阴、阳两极下不可能同时发生的反应是( )
A．阴极：2H++2e-═H2↑阳极：4OH--4e-═2H2O+O2↑
B．阴极：2H++2e-═H2↑阳极：2Cl--2e-═Cl2↑
C．阴极：Cu2++2e-═Cu阳极：4OH--4e-═2H2O+O2↑
D．阴极：Cu2++2e-═Cu阳极：2Cl--=2e-═Cl2↑
【答案】C
【解析】A．当氯离子和铜离子全部电解放电后电解的是水；阴极：Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑；
阳极：2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=2H2O+O2↑，故A可以同时发生，故A不选；B．铜离子放电后，阳极还有氯离子放电；阴极：Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑，阳极：2Cl--2e-=Cl2↑，故B可以同时发生，故B不选；C．溶液中氯离子浓度大于铜离子浓度，氯离子放电完全时铜离子已全部得到电子放电；阴极：Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑，阳极：2Cl--2e-=Cl2↑，故C 不可以同时发生，故C选；D．开始时阳极氯离子放电，阴极铜离子同时放电；阴极：Cu2++2e-=Cu，阳极：2Cl--2e-=Cl2↑，故D可以同时发生，故D不选；故选C。

【名师点睛】考查混合电解的原理应用，主要考查了离子放电顺序的应用，混合电解时，溶液中的离子按照氧化性和还原性强弱的顺序进行放电，离子物质的量不同电解情况不同，但总的原则是两极电子守恒是计算和判断的关键。

【重难点考向四】
【例4】锌-溴蓄电池的充、放电的电池总反应为Zn2++2Br-充电
放电
Zn+Br2，下列各反应：①
Zn-2e-=Zn2+；②Br2+2e-=2Br-；③2Br--2e-=Br2；④Zn2++2e-=Zn，其中充电的阳极和放电的负极的反应分别是( )
A．①② B．③②
C．④② D．③①
【答案】D
【名师点睛】考查原电池原理和电解池原理，充电时，该装置是电解池，阳极上失电子发生氧化反应；放电时，该装置是原电池，负极上失电子发生氧化反应，据此分析。

1．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水(l)和二氧化碳．该电池负极发生的反应是( )
A．CH3OH(g)+O2(g)-2e-═H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)
B．O2(g)+4H+(aq)+4e-═2H2O(l)
C．CH3OH(g)+H2O(l)-6e-═CO2(g)+6H+(aq)
D．O2(g)+2H2O(l)+4e-═4OH-(aq)
【答案】C
【解析】该原电池负极上甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH(g)+H2O(l)-6e-═CO2(g)+6H+(aq)；正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O2(g)+4H+(aq)+4e-═2H2O(l)，故选C。

【名师点睛】考查电极反应式的书写，为高频考点，所有的燃料电池都是原电池，燃料电池负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应，注意结合电解质溶液酸碱性书写电极反应式，该原电池负极上甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，据此分析解答。

2．下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是( )
A．碱性氢氧燃料电池的负极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-
B．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为：Cu-2e-=Cu2+
C．用惰性电极分别电解熔融氯化钠和饱和食盐水时，阳极的电极反应式均为：2Cl--2e-=Cl2↑
D．钢铁发生吸氧腐蚀时的正极反应式：Fe-2e-=Fe2+
【答案】C
3．下列电极反应式正确的是( )
A．以惰性材料为电极，KOH溶液为电解质构成原电池，负极反应式为H2-2e-=2H+
B．铜、锌在稀硫酸溶液中构成原电池，正极反应式为2H++2e-=H2↑
C．以铜为电极将2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计成原电池，正极反应式为Cu-2e-=Cu2+
D．以铝、铁为电极，在氢氧化钠溶液中构成原电池，负极反应式为Al-3e-=Al3+
【答案】B
【解析】A．以惰性材料为电极，KOH溶液为电解质构成的氢氧燃料电池，在负极上是氢气失电子的反应H2-2e-+2OH-=2H2O，故A错误；B．铜、锌在稀硫酸溶液中构成原电池，正极上是氢离子得电子的还原反应2H++2e-=H2↑，故B正确；C．将2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计成原电池，则金属铜是负极，负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，故C错误；D．以铝、铁为电极，在氢氧化钠溶液中构成原电池，自发的氧化还原反应发生在金属铝和氢氧化钠之间，负极反应式为4OH-+Al-3e-=Al(OH)4]-，故D错误；故选B。

4．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是( ) A．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe-2e-═Fe2+
B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2+2H2O+4e-═4OH-
C．氯碱工业中，阳极的电极反应式：2Cl--2e-═Cl2↑
D．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，阳极反应式：Cu-2e-═Cu2+
【答案】C
5．下列各项正确的是( )
【答案】C
【解析】A．碱性条件下氢氧燃料电池中，负极上氢气失电子发生氧化反应，负极反应式为2H2-4e-+2OH-=2H2O，故A错误；B．弱酸性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，正极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-，故B错误；C．用惰性电极电解氢氧化钠溶液，阳极上氢氧根离子放电，阴极上氢离子放电，阴极反应式为2H++2e-═H2↑，故C 正确；D．用惰性电极电解稀硫酸溶液，阳极上氢氧根离子放电，阴极上氢离子放电，阳极反应式为4OH--4e-═2H2O+O2↑，故D错误；故选C。