高中化学论文：电池的电极材料与电极反应 精品全国通用

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1、电池的电极材料与电极反应（原创） 电池的电极材料与电极反应（原创） 电化学中的电极反应不仅与电极材料有关， 而且与电解质溶液有关， 是中学化学中的一 个比较复杂的问题， 因此， 如何确定电极反应及怎样书写电极反应方程式也就成了教学中的 一个难点。我认为采用下列方法认识电池和电极反应能有效地突破这一难点。 一、原电池的电极材料与电极反应一、原电池的电极材料与电极反应 根据形成原电池的电极材料，我们可以把原电池分为下列三种类型。 1、原电池的一极为活泼金属电极，另一极为不活泼金属电极或惰性电极 在这种原电池中，活泼金属电极一定是原电池的负极，直接参与电极反应，失去电子发 生氧化反应；不活泼金属电极

2、或惰性电极是原电池的正极，不参与电极反应，电解质溶液中 具有氧化性的物质（分子或离子）在该电极上得到电子发生还原反应，使得电解质溶液中的 溶质发生变化，溶液的性质也发生相应的变化；电池中的电子由负极流向正极（可通过导线 传递，当两电极直接相接触就直接传递） ；溶液中的阴离子向负极运动，阳离子向正极运动。 如在铜锌原电池中，锌（Zn）为负极失去电子，发生电极反应：Zn2e=Zn2+；铜（Cu）为正极，硫酸溶液中的氢离子(H+)在铜极上得到电子，发生电极反应：2H2e=H 2，电子 由锌极流向铜极，溶液中的H向正极移动，溶液的pH增大。钢铁的腐蚀就是这种情况。 2、原电池的一极为活泼金属电极，另一

3、极为具有氧化性的化合物电极 在这种原电池中，活泼金属电极一定是原电池的负极，直接参与电极反应，失去电子发 生氧化反应； 具有氧化性的化合物电极也直接参与电极反应， 得到电子发生还原反应。 其中， 电解质溶液有的参与反应，有的不参与反应，这要看具体情况而定。如在纽扣电池中（电解 质溶液为KOH溶液） ，锌为负极失去电子，发生电极反应：Zn2OH2e=ZnOH 2O；Ag2O为 正极得到电子，发生电极反应：Ag2OH2O2e=2Ag2OH。在纽扣电池中溶液的浓度是不变的，OH向负极移动。这种电池多为蓄电池。 例 1 （09 浙江理综， 12） 市场上经常见到的标记为 Li-ion 的电池称为 “锂

4、离子电池” 。 它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体） ，电解质为一种能传导Li 的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为： Li2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2。 下列说法不正确的是（ ） A放电时，负极的电极反应式：Lie=Li B充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应 C该电池不能用水溶液作为电解质 D放电过程中Li向负极移动 在锂离子电池中，Li是电池的负极，失去电子，形成Li向正极移动；Li 0.85NiO2化合物 是电池的正极，得到电子，并与负极生成的Li结合形成Li 0.85NiO2，Ni的化合价降低。当反 应逆向进行时，反应物只

5、有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还 原反应。由于Li可以与水反应，故应为非水材料。所以答案为D。 3、原电池的两极都是惰性电极（如石墨电极） 在这种原电池中，电池的两极都不参与电极反应，而是具有还原性的物质（分子或溶液 中的离子）在一极失去电子，发生氧化反应；具有氧化性的物质（分子或溶液中的离子）在 另一极得到电子，发生还原反应。其中，电解质溶液一般会参与电极反应。这种电池一般是 燃烧电池。如碱性氢氧燃烧电池，正极、负极都是石墨，氢气在一极失去电子，发生电极反 应：2H24OH4e=4H 2O；氧气在另一极得到电子，发生电极反应：O22H2O4e=4OH。 例 2（20

6、09 年江苏卷，12）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。 关于该电池的叙述正确的是（ ） 用心 爱心 专心 A该电池能够在高温下工作 B电池的负极反应为:C6H12O66H2O24e-=6CO 224H+ C放电过程中,H+从正极区向负极区迁移 D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22.4 6L 在这种微生物燃料电池中，葡萄糖失去电子生成CO2的一极为负极，O2得到电子生成水 的一极为正极，H向正极运动。A项中高温条件下微生物会变性，D项中消耗 1mol氧气就生成 1mol二氧化碳，标准状况下体积是 22.4L，所以B选项正确。 二、电解池的

7、电极材料与电极反应 二、电解池的电极材料与电极反应 电解池中的电极材料一般是惰性电极，这样能有效地电解化合物溶液。 当电解池的两极都用惰性电极进行电解时，还原性强的离子或者分子首先在阳极上失 去电子，发生氧化反应；氧化性强的离子或者分子首先在阴极上得到电子，发生还原反应。 在电解池中，由于阴极与电源的负极相连，即使阴极使用活泼金属材料（碱金属、碱 土金属除外） 如 Fe、 Cu 等， 金属也得到保护， 不参与电极反应。 如果阳极使用金属材料 （Pt、 Au 除外),则阳极金属首先失去电子，发生氧化反应；具有氧化性的物质（分子或离子）在 阴极得到电子，发生还原反应。电镀和电解精炼就属于这种情况。

8、 三、一个很有用的中间反应式 三、一个很有用的中间反应式 氧离子（O2）在化合物中是存在的，如Na 2O中就有O2,但O2在水中是不存在的。在酸性溶液中，O2与H结合生成H 2O:O22H=H 2O；在碱性和中性溶液中，O2与H 2O反应生成OH:O2H 2O=2OH。后一个反应式在书写有机物燃料电池的电极反应式时非常有用。如甲烷、氧气和氢氧化钾溶液组成的燃料电池，负极反应是甲烷失去电子生成CO32和H 2O， CO32和H2O中的O均来自于OH。我们可以把这一反应过程分成下列一些反应：CH 48e= C44H；4H4OH=4H 2O；C43O2=CO 32；6OH =3H 2O3O 。把这

9、4 个反应相加既得总的负极 反应的反应式：CH2410OH 8e =CO 327H 2O。 用心 爱心 专心 练习题练习题 1下图是某空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用 KOH 为电解质溶液，下 列有关说法中不正确的是（ ） A该能量转化系统中的水也是可以循环的 B燃料电池系统产生的能量实际上来自于水 C水电解系统中的阳极反应： 4OH4e=2H 2O+O2 D燃料电池放电时的负极反应：H22e2OH=2H 2O 2 （09 安徽卷，12）Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示 意图如右，电解总反应：2Cu+H2O=Cu2O+H2。下列说法正确的是

10、（ ） A.石墨电极上产生氢气 B.铜电极发生还原反应 C.铜电极接直流电源的负极 D.当有 0.1mol电子转移时，有 0.1molCu2O生成 3 （2009 年上海卷）右图装置中，U 型管内为红墨水，a、b 试管内分别盛有食盐水和氯化 铵溶液，各加生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是（ ） A生铁块中的碳是原电池的正极 B红墨水柱两边的液面变为左低右高 C两试管中相同的电极反应式是：Fe2eFe2+ Da 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析氢腐蚀 4 （09 福建卷，11） 控制适合的条件，将反应Fe32I2Fe2I 2设计成如下图所 示 的 原 电 池 。 下 列 判 断

11、不 正 确 的 是 （ ） A. 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B. 反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原 C. 电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D. 电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固定，乙中石墨电 极为负极 5. （09 全国卷， 28， 15 分） 下图所示装置中， 甲、 乙、 丙三个烧杯依次分别盛放 100g 5.00% 的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和 100g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。 （1）接通电源经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为 10.47%，乙中c电极质量增加。据此 回答问题： 电源的 N 端为 极； 电极 b

12、 上发生的电极反应为 ； 列式计算电极 b 上生成的气体在标准状态下的体积： ； 电极 c 的质量变化是 g； 用心 爱心 专心 电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因： 甲溶液 ； 乙溶液 ； 丙溶液 ； （2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？ 6.（09 山东卷 29） （12 分）ZnMnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合 溶液。 （1）该电池的负极材料是 ；电池工作时，电子流向 （填“正极”或“负 极” ） 。 （2）若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是 。 欲除去Cu2+，最好

13、选用下列试剂中的 （填代号） 。 a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3H2O （3）MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是： 。若电解电路中通过 2mol电子，MnO2的理论产量为 。 7 （2009 年天津卷） （14 分）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为 电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，附气体的能力强， 性质稳定，请回答： （1） 氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ， 在导线中电 子流动方向为 （用a、b 表示） 。 （2）负极反应式为 。 （3）电极表面镀铂粉的原因为 。 （4）该电池工作时，H2和O2连

14、续由外部供给，电池可连续不断提供电 能。因此，大量安全储氢是关键技术之金属锂是一种重要的储氢 材料，吸氢和放氢原理如下： 2Li+H2 2LIH LiH+H2O=LiOH+H2 反应中的还原剂是 ，反应中的氧化剂是 。 已知LiH固体的密度为 0.82g/cm3。用锂吸收 224L（标准状况）H 2，生成的LiH体积与被吸 收的H2体积比为 。 由生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料， 若能量转化率为 80， 则导线中通过电 子的物质的量为 。 用心 爱心 专心 1 答案：B 燃料电池系统产生的能量是氢气和氧气反应产生的能量。其他选项正确。 2 答案：A 由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应， B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H反应，电极反应为：2H2e=H 2，A选项 正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为 2Cu2OH2e=Cu 2OH2O，当有 0.1mol电子转移时，有 0.05molCu2O生成，D选项错误。 3 答案：B a 为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b 中酸性较强， 发生析