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yangyide7109的博客

 
 
 

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【转载】高中化学选修4的辅导十七  

2014-01-23 11:05:11|  分类: 化学辅导 |  标签: |举报 |字号 订阅

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关于原电池(下)

 4、我国首创以铝—空气—海水电池作为能源的新型海水标志灯,它以海水为电解质溶液,靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。只要把灯放入海水中几分钟,就会发出耀眼的白光。该电源的负极材料为____,正极材料为____,正、负极反应分别为___________________________________。

这是一道高考题,给出的标准答案是:

负极材料为铝,正极材料为石墨。

负极反应:4Al-12e-=4Al3+

正极反应:3O2+6H2O+12e-=12OH-

下面试做一下,看看会遇到什么情况:

根据题意,可以估计出,电池的总方程式大概是:4Al+3O2=2Al2O3

金属铝被氧化,可能用铝作为负极的电子导体,所以负极材料为铝;氧气作为正极反应物,是气体电极,所以正极材料可能为铂或者石墨,我认为,题给信息不足以排除铂,确认石墨,所以可以答:正极材料为石墨或者铂。

负极反应式:从电池的总方程式可以看出,还原剂是铝,氧化产物是氧化铝,所以写:负极:4Al-12e-=2Al2O3

左边无氧,电解液是中性,所以左边加水,右边加氢离子,

得:负极:4Al-12e-+6H2O=2Al2O3+12H+ 显然与标准答案不同,这种同样的反应,写出不同的电极反应式的情况经常会有,往往是其中一个较为合适,另一个也勉强说得过去。究竟哪一个合适,可能需要考察一下实际情况,才能够确定。正极反应没有疑问,写出来应该和标准答案相同。【如果电池的总方程式是4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3则电极反应式又是另一种形式。】如果写负极反应式时,写成简单的形式——铝离子,就能够与答案吻合。

5、锂离子蓄电池放电时的反应方程式可以表示为:

   C6Li+Li1-xMO2=LiMO2+C6Li1-x

  (C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料,Li1-xMO2表示含锂的过渡金属氧化物。)

这是一类特殊的电池,仔细观察总方程式及注释部分,可以看出,C6Li中的锂是0价,反应中有x个锂原子被氧化为+1价,那么M元素就是降低了x价。由于不知道电池的详细情况,我们只好认为氧化产物是锂离子,这样一来:

负极:C6Li-xe-=C6Li1-x+xLi+

正极:Li1-xMO2+xe-+xLi+=LiMO2

检验:两个电极反应式相加,

得:C6Li+Li1-xMO2=LiMO2+C6Li1-x

 与题目给出的对照,正确!

6、高铁电池是一种新型的可充电电池,它放电时的反应方程式是:

3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH

试写出它的电极反应式。

  负极:3Zn-6e-=3Zn(OH)2

 此例让我们按照电解液非酸性的两种可能都试写一下:

①按碱性写:负极:3Zn-6e-+6OH-=3Zn(OH)2

②按中性写:负极:3Zn-6e-+6H2O=3Zn(OH)2 +6H+

正极:2FeO42-+6e-=2Fe(OH)3

①按碱性写:正极:2FeO42-+6e-+8H2O=2Fe(OH)3+10OH-

②按中性写:正极:2FeO42-+6e-+8H2O=2Fe(OH)3+10OH-

【以上写法参见下文】估计可能为碱性,放弃中性写法。

检验:两个电极反应式相加,

得:3Zn+2FeO42-+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4OH-

与题目给出的方程式的离子方程式对照,正确!

下面总结一下根据总反应方程式写原电池的电极反应式的要点:

1、实质:把一个氧化还原反应拆成两半个,一个是氧化反应(负极),另一个是还原反应(正极)。

2、难点:氢和氧的配平。

3、步骤:一般先写负极反应,后写正极反应,最后检验。

4、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。

5、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。】

l      原电池的内电路:外电路中正电荷是从正极流向负极,所以内电路(即电解液中)中,阳离子是从负极流向正极【向同名电极流动!!!】以构成回路;外电路中负电荷(自由电子)是从负极流向正极,所以内电路(即电解液中)中,阴离子是从正极流向负极【向同名电极流动!!!】以构成回路。

l      金属的电化学腐蚀:因为日常用到的金属几乎都是合金,所以,金属的电化学腐蚀普遍地存在;因为发生原电池反应时反应动力较大,所以金属的电化学腐蚀比一般化学腐蚀快得多。

l      课本p85,钢铁的两种电化学腐蚀,以及最终生成铁锈的反应式要理解并记住。

l      白铁(表面镀锌的铁)就是日常见到的那种表面有冰花样的铁皮或铁制品,耐锈蚀;马口铁(表面镀锡的铁)就是玻璃罐头的铁盖,一旦生锈,很快就全部锈蚀,铁锈斑斑。

l      利用电化学原理的两种金属防腐蚀方法:

1、牺牲阳极的阴极保护法:如轮船体吃水线下面钉锌块。此时,Zn-海水-Fe构成原电池,锌为负极(阳极),被腐蚀(牺牲),铁作为正极(阴极)被保护。

2、外加电流的阴极保护法:如课本p87 图4-20.被保护的金属与外加电源的负极相连(成为电解池的阴极),与外加电源的正极相连的可以是石墨块(成为电解池的惰性阳极)。这样连接实际上可以看做把两个电池并联(即正极与正极相连,负极与负极相连。)当外加电池的电动势与发生电化学腐蚀的原电池电动势相等时,电路中各点都是等电势,没有电流通过。理论上此法可以保护金属绝对不被腐蚀,所以在排列金属腐蚀快慢顺序的习题中,此法是最慢的,上法次之。【如果接法相反,则成为两个电池串联,并且短路,电路中电流很大,与外加电源的正极相连的金属(阳极)将最大速度地被腐蚀。所以在排列金属腐蚀快慢顺序的习题中,此法是最快的;构成原电池而且该金属做负极的次之;不构成原电池,发生一般化学腐蚀的又次之。】

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