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高考总复习 电极反应式的书写

【考纲要求】
1．理解原电池的工作原理并正确书写各种化学电源的电极反应和总反应方程式；
2．理解电解池的工作原理并正确书写电极反应和总反应方程式。
【考点梳理】

考点一：正确书写原电池的电极反应式
1．先确定原电池的正负极，列出正、负电极上的反应物质，在等式的两边分别写出反应物和生成物。
2．要注意电解质溶液的酸碱性：
要点诠释：
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，?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－。
在酸性溶液中：?负极：2H2－4e－=== 4H +；? 正极：O2 + 4H+ + 4e－=== 2H2O
在碱性溶液中：?负极：2H2－4e－+4OH— ===4H2O；?正极：O2 +2H2O + 4e－=4OH—。
3．要注意电子转移的数目
要点诠释：
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，要注意正负极得失电子相等。这样可避免在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．电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求：
要点诠释：
①电极反应式等式的两边原子数目及电荷必须守恒。
②反应式中的难溶物、难电离的物质、气体、单质、氧化物等均应写成化学式形式。如铅蓄电池中，PbSO4为难溶物，电极反应式为：
负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)，
正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)。
③注意电解质溶液的成分对正负极反应产物的影响。如负极反应生成的阳离子若与电解质溶液的阴离子反应，则电解质溶液的阴离子应写入电极反应式，例如Fe与Cu在NaOH溶液中形成原电池，负极反应为Fe+2OH－－2e－===Fe(OH)2。
5.抓住总的反应方程式
要点诠释：
正负极反应式相加得到电池反应的总的化学方程式。若能写出总反应式，可以减去较易写出的电极反应式，从而写出较难书写的电极方程式。
注意相加减时电子得失数目要相等。
6．常见燃料电池的电极反应式：
电池
电极
反应
酸性电解质
碱性电解质
氢氧燃料电池
负极
2H2－4e－＝4H+
2H2+4OH－－4e－＝4H2O
正极
O2+4H++4e－＝2H2O
O2+2H2O+4e－＝4OH－
总反应
2H2+O2＝2H2O
2H2+O2＝2H2O
甲烷燃料电池
负极
CH4 + 2H2O－8e－=CO2 + 8H+
CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O
正极
2O2 + 8H+ + 8e－＝4H2O
2O2+4H2O+8e－=8OH－
总反应
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
甲醇燃料电池
负极
2CH3OH + 2H2O－12e－= 2CO2 + 12H+
2CH3OH +16OH－－12e－=2CO32－+12H2O
正极
3O2 +12H+ +12e－＝6H2O
3O2+6H2O+12e－=12OH－
总反应
2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O
2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O
要点诠释：
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，故不放出CO2。
考点二、正确书写电解池的电极反应式
1．在阴极：
发生还原反应，常见阳离子得到电子被还原的顺序为：
Na+ < Al3+ < Fe2+ < H+ < Cu2+ < Fe3+ < Ag+
要点诠释：
①在水溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+这些活泼金属阳离子不被还原，这些活泼金属的冶炼往往采用电解无水熔融态盐或氧化物而制得。
②　阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律，有时会有调整。如电镀锌时，需控制条件，使得电子能力：Zn2+＞H+
2．在阳极：
（1）首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序表Ag及Ag前的金属单质），则应是阳极失电子，阳极不断溶解，溶液中的阴离子不能失电子。
（2）如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的阴离子放电（发生氧化反应），应根据离子的放电顺序书写电极反应式。???????????????常见阴离子失去电子被氧化的顺序为：
S2-＞＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根离子＞F-。???????????????
【典型例题】
类型一、燃料电池的电极反应式
例1、CH3OH和O2在KOH溶液中组成燃料电池，该电池的负极反应式为_____ 。
【答案】CH3OH－6e－+ 8OH－=CO32－+6H2O
?【解析】
第一步：找氧化还原反应中的对应关系：氧化剂——还原产物；还原剂——氧化产物。即：负极：CH3OH（还原剂）→ CO32－ （氧化产物）。
第二步：分析电子转移的物质的量，CH3OH中碳元素为－2价，CO32－中碳元素为+4价，1 mol CH3OH转移6 mol电子，即负极：CH3OH→ CO32－+6e－。
第三步：依据电荷原理配平以上电极反应式，缺少的物质从反应介质中寻找。因为该电池为碱性电池，而且左右相差8 mol负电荷，所以应该在左边添加8 mol OH－。即：
?负极：CH3OH—6e－+ 8OH－ = CO32－?
第四步：配平质量守恒，使等号两边各原子数相等，等号左边有OH－，则右边缺H2O，所以负极反应式为：CH3OH－6e－+ 8OH－=CO32－+ 6H2O
同理，正极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-
【总结升华】也可先写出配平的总反应式：2CH3OH+3O2+4OH—=2CO32—+6H2O和正极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-，然后用前者减去后者即得出负极反应式。
举一反三：
【变式1】若将例1中的KOH碱性环境变为酸性环境，则该电池的负极反应式为_____ 。
【答案】CH3OH+ H2O－6e－=CO2 + 6H+
【解析】还原剂为CH3OH，氧化产物为CO2，在负极消耗1 mol CH3OH生成1 mol CO2共转移6 mol 电子，在上题第三步中需要在右边添加6 mol H+，即负极电极反应式为：CH3OH+ H2O－6e－=CO2 + 6H+
【变式2】据报道，摩托罗拉公司的一种以甲醇为原料、以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可持续使用一个月。关于该电池的叙述正确的是
A、放电时，正极反应为：O2? + 4e－ + 4H+?=2H2O
B、放电时，负极反应为：CH3OH－6e－+ 8OH－ =CO32－ + 6H2O
C、充电时，原电池的负极与电源的正极相连接
D、充电时，阴极反应为：4OH－－4e－=2H2O + O2↑
?【答案】B
【解析】放电时，正极是O2得电子，但溶液是碱性的，电极反应式是：O2 + 4e－+ ?2H2O = 4OH－。充电时，原电池的负极与电源的负极相连接，使发生了氧化反应的原电池的负极被还原，阴极发生的是得电子的还原反应，即：CO32－+ 6e－+ 6H2O =CH3OH + 8OH－。
类型二、可充电电池电极反应式的书写
例2、镍镉（Ni－Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，写出放电时负极反应式和充电时阴极反应式。
?【答案】负极：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2；阴极：Cd(OH)2＋2e－=Cd＋2OH－。
【解析】放电时负极反应式为：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2；
正极反应式为：NiOOH－e－＋H2O = Ni(OH)2＋OH-。
充电时，阳极电极反应式为：Ni(OH)2－e－ ＋OH-===NiOOH＋H2O；
阴极反应式为：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－。
【总结升华】放电是原电池反应，充电是电解过程。放电后负极变成阴极，正极变成阳极。即：负极阴极，正极阳极。
综观历年高考试题可发现，解可充电电池试题的关键在于能否正确书写放电时的电极反应式。要正确书写放电时的电极反应式，既要弄清得失电子的物质，还要特别注意电极产物是否与电解质溶液共存，要写出实际存在的电极反应式。然后根据原电池的负极反应与电解池的阴极反应、原电池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应，即可快速写出充电时的电极反应式。
举一反三：
【变式1】铅蓄电池的电极反应式错误的是：
A．负极：Pb－2e－＝Pb2+；
B．正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)
C．阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)；
D．阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)
【答案】A
【解析】放电时负极电极反应式应为：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)。
【变式2】（2019 东北师大附中）“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是(　　)
A．电池反应中有NaCl生成
B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C．正极反应为：NiCl2＋2e－＝Ni＋2Cl－
D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
【答案】B
【解析】电池的负极反应式为：Na－e－＝Na＋，正极反应式为：NiCl2＋2e－＝Ni＋2Cl－，所以电池反应中有NaCl生成；总电池反应式为：2Na＋NiCl2＝2NaCl＋Ni，所以电池的总反应是金属钠还原NiCl2，B项错误。原电池放电时，钠离子在负极产生、向正极移动，故钠离子通过钠离子导体在两电极间移动。
类型三、电解池中的电极反应式
例3、写出用石墨作电极，电解饱和食盐水的电极反应式。??????【解析】?由于电极材料为石墨，是惰性电极，不参与电极反应，则电极反应式的书写只考虑溶液中的离子放电顺序即可。移向阳极的阴离子有Cl-和水电离出的OH-，但在阳极上放电的是Cl-；移向阴极的阳离子有Na+和水电离出H+，但在阴极上放电的是H+。所以上述电解池的电极反应为：?????? ? ?阳极：2Cl-－2e-= Cl2↑，
阴极：2H++2e-= H2↑或2H2O+2e-= H2↑+2OH-。
举一反三：
【变式1】（2019 四中同步）用铂作电极电解硫酸铜溶液，写出电解初期的电极反应式。
【答案】阳极：4OH――4e―=2H2O+O2↑，阴极：Cu2++2e- = Cu
?【解析】在阳极，阴离子放电顺序为：OH―>SO42-，在阴极，阳离子放电顺序为：Cu2+> H+。

【变式2】电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图如下图所示（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。
电解时，阳极的电极反应式为 。
【答案】CO(NH2)2+8OH——6 e-=CO32-+N2↑+ 6H2O
【变式3】用铂作电极电解氯化镁溶液，写出电极反应式及电解总反应的离子方程式。
【答案】
阳极： 2Cl-－2e-= Cl2↑
阴极：2H2O +2e－+Mg2+＝H2↑+Mg(OH)2↓
总反应的离子方程式：Mg2++2Cl-+2H2O H2↑+ Cl 2↑+Mg(OH)2↓
【巩固练习】
一、选择题（每题有1~2个选项符合题意）
1．（2019 北京东城）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．电解饱和食盐水，阳极的电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑
B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．粗铜精炼时，与电池正极相连的是纯铜，电极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋
D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
2．Mg－H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是(　)
A．Mg电极是该电池的正极
B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的pH增大
D．溶液中Cl－向正极移动
3．电子表所用的纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其总反应式为：Zn+Ag2O+H2O==2Ag+Zn(OH)2，下列判断不正确的是（ ）
A．Zn为负极，电极反应为：Zn+2OH－－2e－==Zn(OH)2；
B．Ag2O为正极，电极反应为：Ag2O+H2O+2e－==2Ag+2OH－
C．电池工作时，负极附近溶液的pH减小
D．电池工作时，整个溶液中的OH－离子的物质的量增大
4．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：　　3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH，下列叙述错误的是　　　　　　 　　A．放电时负极反应为：3Zn－6e－+6OH－= 3Zn(OH)2　 B．放电时正极反应为：2FeO42－+ 8H2O+6e－=2Fe(OH)3+10 OH－
　 C．充电时阳极反应为：2Fe(OH)3+6e－+ 10 OH－= 2FeO42－+ 8H2O 　D．充电时阴极反应为：3Zn(OH)2+6e－= 3Zn +6OH－
5．蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：

下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是（ ）
A．放电时负极反应式为：Fe－2e－+2OH－=Fe(OH)2；
B．放电时正极反应式为：NiO2+2e－+2H2O=Ni(OH)2+2OH－。
C．充电时阴极反应式为：Fe(OH)2+2e－=Fe+2OH－；
D．电池的电解液为碱性溶液，电池充电过程中，阳极附近溶液的pH升高
6．将两个铂电极插入H2SO4溶液中，向两极分别通入H2和O2，即构成酸性氢氧燃料电池。下列叙述不正确的是
A．负极反应式为：2H2－4e－＝4H+
B．正极反应式是：O2+4H++4e－＝2H2O
C．负极反应式是：2H2+4OH－－4e－＝4H2O
D．正极反应式是：O2+2H2O+4e－＝4OH－
7.将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即构成甲烷燃料电池。下列叙述不正确的是
A．通入CH4的电极为负极，电极反应式为：CH4+10OH――8e=CO32－+7H2O
B．正极发生氧化反应，其电极反应式是：O2+2H2O+4e－=4OH－?
C．此电池工作时溶液中阴离子向负极移动?
D．该电池使用一段时间后应补充KOH溶液
8．Mg－AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为（　 ）
2AgCl＋Mg ＝ Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。有关该电池的说法正确的是
A．Mg为电池的正极
B．负极反应为AgCl＋e－＝Ag＋Cl－
C．不能被KCl溶液激活
D．可用于海上应急照明供电
9．（2019 四中同步）某兴趣小组设计如右微型实验装置。实验时,先断开K2,闭合K1,两极均有气泡产生:一段时间后,断开K1,闭合K2,发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是(　　)
A.断开K2,闭合K1时,总反应的离子方程式为:2H++2Cl-Cl2↑+H2↑
B.断开K2,闭合K1时,石墨电极附近溶液变红
C.断开K1,闭合K2时,铜电极上的电极反应为:Cl2+2e-2Cl-
D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极
10．铅蓄电池的示意图如右图所示。下列说法正确的是
A．放电时，N为负极，其电极反应式为： PbO2+SO42－+4H++2e－=PbSO4+2H2O
B．放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加
C．充电时，阳极反应式为：PbSO4+2e－= Pb+SO42－
D．充电时，若N连电源正极，则该极生成PbO2
11．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是
A．a和b用导线连接时，正极发生的反应：Cu2+ +2e- ==Cu
B．a和b不连接时，铁片质量会增加，原因是发生：Cu2+ + Fe = Cu + Fe2+
C．无论a和b是否连接，铁片均被腐蚀，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色
D．a和b分别连接电源正、负极，Cu电极发生的反应：
4OH- —4e- == 2H2O + O2 ↑
12．用石墨作阳极，Fe作阴极，电解 H 2SO4溶液，下列说法正确的是
A．阴极反应式为：O2+4H++4e－＝2H2O
B．阳极反应式为：4OH――4e―==2H2O+O2↑
C．电解后溶液的pH不变
D．电解时SO42— 向阳极移动
二、填空题：
1．如图所示，组成一个原电池。
(1)当电解质溶液为稀硫酸时：
①Fe电极是__________(填“正”或“负”)极，其电极反应为________________________，该反应是__________(填“氧化”或“还原”)反应；
②Cu电极是__________电极，其电极反应为______________________，该反应是__________反应．
(2)当电解质溶液为足量的稀硝酸时：
①Fe电极是_____极，其电极反应为__________，该反应是_____反应；
②Cu电极是_____极，其电极反应为__________，该反应是_____反应．
2．（2019 广西南宁）科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事目的。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨化为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是_____________________________。
(2)此电池的正极发生的电极反应式是________，负极发生的电极反应式是__________。
(3)电解液中的H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。
(4)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：首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是________。
3．某原电池中，电解质溶液为KOH(aq)，分别向负极通入C2H4、CO，分别向正极通入O2，试完成下列问题：
(1)当分别通入C2H4和O2时：
①正极反应：_______________；
②负极反应：_______________；
③电池总反应：________________________；
④溶液pH的变化：__________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。
(2)当分别通入CO和O2时：
①正极反应：_______________；
②负极反应：_______________；
③电池总反应：_______________；
④溶液pH的变化：_______________．
【巩固练习】
一、选择题
1．A
【解析】氢氧燃料电池的正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；粗铜精炼时，与电源负极相连的是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；钢铁发生电化学腐蚀时负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。
2．C
【解析】该电池中Mg电极为负极，A项错误；石墨电极为正极，H2O2得电子发生还原反应，电极反应式为H2O2＋2e－＝2OH－，电极附近溶液pH增大，B项错误，C项正确；溶液中Cl－移向Mg电极，即Cl－应向负极移动，D项错误。
3．D
【解析】从题干中的总反应式可以看出，电池工作时，整个溶液中的离子的OH－物质的量不变。
4．C
【解析】C项，阳极应失电子，反应为：2Fe(OH)3－6e－+ 10 OH－= 2FeO42－+ 8H2O
5．D
【解析】充电时，阳极反应为：Ni(OH)2－2e－+2OH－=NiO2+2H2O；阳极附近OH－离子浓度降低，则阳极附近溶液的pH降低。
6．CD
7．B
【解析】B项，正极发生的是还原反应。
8．D
【解析】根据氧化还原判断，Mg为还原剂是负极、失电子，所以A、B都错；该电池的电解质溶液可用KCl溶液代替，即能被KCl溶液激活，C选项错误；依据题目中“Mg－AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池”，则“可用于海上应急照明供电”是正确的。
9．D
【解析】由题意知,断开K2,闭合K1时,两极均有气泡产生,说明铜电极没有参与反应,则铜电极一定作阴极,石墨电极作阳极,故总反应的离子方程式应为:2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-,铜电极附近溶液变红,故A、B项均错误;断开K1,闭合K2时,氯气在石墨电极上得到电子生成Cl-,氢气在铜电极上失去电子生成氢离子,所以此时石墨电极作正极,铜电极作负极,故C项错误,D项正确。
10．D
【解析】A项，放电时，N应为正极；B项，放电时，
c(H2SO4)减少；C项，充电时，阳极反应式为：PbSO4+2H2O－2e－=PbO2+4H++SO42－。
11．D
【解析】D项，a和b分别连接电源正、负极，Cu电极发生的反应为：Cu —2e- ==Cu2+
12．BD
二、填空题
1．【答案】 (1)①负 ，Fe－2e－＝Fe2＋ ，氧化；
②正，2H＋＋2e－＝H2↑， 还原。
(2)①负，Fe－3e－＝Fe3＋， 氧化；②正，4H＋＋NO＋3e－＝NO↑＋2H2O，还原。
2．【答案】(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O　2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋
(3)正　负极　(4)对环境无污染
【解析】甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能。CH3OH在负极发生氧化反应，电极反应式为2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋；氧气在正极反应：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，两反应式相加即得总反应式。在电池中，负极释放出电子移动到正极上，故向外电路释放电子的电极为负极。在原电池的内电路中，阳离子向正极移动，故H＋向正极移动。甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。
3．【答案】(1)①3O2＋12e－＋6H2O＝12OH－ ②C2H4－12e－＋16OH－＝2CO＋10H2O ③C2H4＋3O2＋4OH－＝2CO＋4H2O ④减小
(2) (1)①O2＋4e－＋4H＋＝2H2O ②2CO－4e－＋2H2O＝2CO2＋4H＋
③2CO＋O2＝2CO2↑ ④不变

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