高中化学苏教版 (2019)必修 第二册专题6 化学反应与能量变化本单元综合与测试导学案

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电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。
2．书写电极反应式的基本类型
(1)类型一 题目给定原电池的装置图，未给总反应式
①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。
②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。
③遵循氧化还原反应离子方程式的配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SOeq \\al(2－,4)不共存，因而负极的电极反应式为Pb－2e－＋SOeq \\al(2－,4)===PbSO4)
④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。
(2)类型二 题目给出原电池的总反应式
①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。
②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。
③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。
1．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果如下：
根据上表记录的实验现象，回答下列问题：
(1)实验1、2中铝的作用是否相同？____________________________________________。
写出实验1中铝电极上发生的电极反应式：_________________________________________。实验2中，镁为________极，电极反应式为___________________________________________。
(2)实验3中，铝为________极，石墨为________极，电池总反应式为_____________________
___________________________________________________。
(3)实验4中，铝为________极，原因为______________________________________，负极的电极反应式为___________________________________________________。
答案 (1)实验1、2中铝的作用不同，实验1中，铝作原电池的负极，实验2中铝作原电池的正极 Al－3e－===Al3＋ 负 Mg－2e－===Mg2＋
(2)负 正 2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑
(3)负 铝可以和氢氧化钠溶液发生反应 Al－3e－＋4OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O
解析 (1)由实验1、2的现象可知，实验1中Al为原电池的负极，实验2中Al为原电池的正极。实验1中铝电极上发生的电极反应式为Al－3e－===Al3＋；实验2中镁为负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋。(2)由实验3的现象可知，Al为原电池的负极，石墨为原电池的正极，负极发生氧化反应，电极反应式为2Al－6e－===2Al3＋，正极发生还原反应，电极反应式为6H＋＋6e－===3H2↑，电池总反应式为2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑。(3)由实验4的现象可知，Mg作正极，Al作负极，因为Al可以和NaOH溶液发生自发的氧化还原反应，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O。
2．如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题：
(1)酸式电池的电极反应：负极：___________________________________________，正极：________________________________________________________________________；电池总反应：________________________________________________________________________。
(2)碱式电池的电极反应：负极：_______________________________________________，正极：________________________________________________________________________；电池总反应：_________________________________________________________。
答案 (1)2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2H2＋O2===2H2O
(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 2H2＋O2===2H2O
解析 (1)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合成H2O。负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。(2)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O结合成OH－。负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合成H2O。
3．铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据上述情况判断：
(1)工作时，电解质溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)工作时，电解质溶液中的阴离子移向______极(填“正”或“负”，下同)。
(3)电流方向从______极流向______极。
(4)写出负极的电极反应式：______________________________________________。
(5)当铅蓄电池向外电路提供1 ml电子时，理论上负极板的质量增加______ g。
答案 (1)增大 (2)负 (3)正 负 (4)Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4 (5)48
解析 本题解答时应从两方面入手：一是根据电池总反应式明确铅蓄电池的工作原理；二是抓住电极反应中各反应物和生成物之间量的关系。由铅蓄电池工作时总反应式可知Pb为负极，负极反应为Pb－2e－＋SOeq \\al(2－,4)===PbSO4，PbO2为正极，正极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O。由于电池工作时，不断消耗H2SO4且生成水，使H＋的浓度减小，故pH增大；阴离子移向负极，电流方向与电子移动方向相反，由正极到负极；当外电路中通过1 ml电子时，根据Pbeq \(――→,\s\up7(－2e－))PbSO4，则负极增重为SOeq \\al(2－,4)的质量，即96 g·ml－1×eq \f(1,2) ml＝48 g。
4．(1)由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池中，负极反应式为____________________，正极反应式为______________________，电池总反应为________________________________________。
(2)由Pb、Cu与稀盐酸组成的原电池，其正极反应式为________________________________，负极反应式为______________________________________________。
(3)由Al、Cu与浓硫酸组成的原电池，其负极反应式为________________________________
_____________________________________。
答案 (1)Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)2H＋＋2e－===H2↑ Pb－2e－===Pb2＋ (3)Cu－2e－===Cu2＋
解析 (1)Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)由Pb、Cu与稀盐酸组成的原电池，正极为Cu，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；负极为Pb，电极反应式为Pb－2e－===Pb2＋。
(3)由Al、Cu与浓硫酸组成的原电池，Al遇浓硫酸钝化，Cu作负极，电极反应式为Cu－
2e－===Cu2＋。
5．ZPwer电池使用锌聚合物作为负极和银纳米颗粒作为正极，其安全性类似于传统的碱性电池，并且其材料95%可回收，该电池的容量比同体积的锂电池高30%。银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充、放电过程可表示为2Ag＋Zn(OH)2eq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))Ag2O＋Zn＋H2O。根据上述信息回答下列问题：
(1)电池在放电时，作为负极的是________，正极反应式为_______________________________
____________________________。
(2)该电池属于________(填“酸”“碱”或“中”)性电池。
(3)充电时的能量转化形式：由______能转化为________能。
答案 (1)Zn Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ (2)碱 (3)电 化学
解析 (1)根据总反应式可知，逆过程为放电过程，故被氧化的Zn为负极，Ag2O为正极。(2)从产物分别为金属氧化物和氢氧化物来看，该电池的电解质溶液应为碱性。
6．科学家预言，燃料电池是21世纪获得电子的重要途径。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在硫酸电解液中直接加入净化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。已知电池放电时发生的化学反应方程式：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。
请回答下列问题：
(1)在硫酸电解液中，CH3OH失去电子，该电池的正极发生的反应是_________________；负极发生的反应是_____________________。
(2)电解液中的H＋向________极移动；向外电路释放电子的电极是________极。
(3)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先燃料电池的能量转化效率高，其次__________________________________________________。
答案 (1)O2＋4H＋＋4e－===2H2O CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋ (2)正 负 (3)减少空气污染
解析 (1)书写电极反应方程式注意电解质溶液，本题是酸性溶液。(2)由电极反应可知，H＋在正极消耗，在负极生成，所以向正极移动。(3)燃料电池除能量转化率高外，还减少了大气污染。
燃料电池电极反应式的书写
(1)写出电池总反应式
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)写出电池的正极反应式
无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)写出电池的负极反应式
负极反应式＝总反应式－正极反应式。编号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转方向
1
Fe、Al
稀硫酸
偏向Fe
2
Al、Mg
稀硫酸
偏向Al
3
Al、石墨
稀硫酸
偏向石墨
4
Al、Mg
NaOH溶液
偏向Mg