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快速判断原电池正负极的方法

【 发布作者 T187987
快速判断原电池正负极的方法
                                                   
 
判断原电池的电极正负,总的原则是电子输出的一极(失去电子,发生氧化反应)为原电池的负极,电子输入的一极(得到电子,发生还原反应)为原电池的正极。
首先看哪一极能与电解质溶液反应,能反应的一极为负极
 
 
 
 
 
装置一              装置二             装置三    
 装置四          装置五               装置六
金属电极能与电解质溶液反应,发生的肯定是氧化还原反应,金属电极一定要失去电子发生氧化反应,会向外电路输出电子,所以能与电解质溶液反应的金属电极一定为原电池的负极。
    装置一:Mg虽然比Al活泼,但Mg不能与NaOH溶液反应而Al却可以与NaOH溶液发生:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,故Al可以输出电子作为负极。负极反应为: Al-3 +4OH=AlO2+2H2O;正极反应为2H2O+2 =2OH+2H2↑(可以先写出总的化学方程式,然后改写成对应的离子方程式,用总的离子方程式减去负极反应而得到);负极反应×2+正极反应×3得到总的离子反应为:2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2↑。
装置二:Fe虽然比Cu活泼,但Fe常温下与浓硝酸发生了钝化现象,Fe不能输出电子作为负极,而Cu却可以与浓HNO3发生:Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;故Cu为负极。负极反应为:Cu-2 = Cu 2+ ;正极反应为4HNO3+2 =2NO2↑+2 NO3+2H2O;(可以用总的离子方程式减去负极反应而得到);负极反应+正极反应得到总的离子反应为:Cu+4HNO3= Cu2++2 NO3+2NO2↑+2H2O。
装置三:与装置二类似,Al虽然比Zn活泼,但Al常温下与浓硫酸发生了钝化现象,Al不能输出电子作为负极,而Zn却可以与浓H2SO4发生:Zn+2H2SO4=ZnSO4+SO2↑+2H2O;故Zn为负极。负极反应为:Zn-2 = Zn 2+ ;正极反应为2 H2SO4+2 =SO2↑+ SO42+2H2O;(可以用总的离子方程式减去负极反应而得到);负极反应+正极反应得到总的离子反应为:Zn+2H2SO4= Zn2++ SO42+ SO2↑+2H2O。
如果两极都能与电解质溶液反应,则活动性强的金属电极为负极(活负氧)
当两个金属电极都能与电解质溶液反应时,两个金属电极都有失去电子向外电路输出电子的趋势,但活动性强的金属还原性更强,比活动性弱的金属更易失去电子发生氧化反应,所以活动性强的金属电极为原电池的负极。此时,可简单记忆为“活负氧”。
装置四:Mg比Al活泼,Mg更容易失去电子,发生氧化,故Mg为负极。负极反应为:Mg-2 =Mg 2+ ;正极反应为2H++2 = H2↑;负极反应+正极反应得到总的离子反应为::Mg +2H+= Mg 2++ H2↑。
如果两极都不能与电解质溶液反应,此时要考虑吸氧腐蚀(正极:O2+2 H2O + 4 = 4OH
构成原电池的条件:①具有不同的电极,两种活动性不同的金属电极或金属与其他导电的材料(非金属或某些氧化物等);②有电解质溶液;③形成闭合回路;④要有自发进行的氧化还原反应(吸氧腐蚀除外),因此,如果题设中的两个电极都不能与电解质溶液发生反应,就要考虑吸氧腐蚀了,正极反应为:O2+2 H2O + 4 = 4OH
装置五:Fe、Cu与NaCl溶液都不反应,但这个装置的原理和钢铁的生锈类似,说明可以形成原电池,空气中O2要参与电极反应,正极反应为:O2+2 H2O + 4 = 4OH;负极反应为:Fe-2 = Fe 2+ ;负极反应+正极反应得到总的离子反应为:2Fe + O2+2 H2O = 2 Fe (OH);4Fe (OH) + O2+2 H2O = 4 Fe (OH)3
    4  燃料电池中通燃料的一极为负极,通氧化剂的一极为正极
燃料电池的一般结构为:燃料(负极);电解质(液态或固态);氧化剂(正极)。在燃料电池中,负极常称为燃料电极,正极常称为氧化剂电极、空气电极或氧电极。燃料有气态如氢气、一氧化碳、碳氢化合物等;液态如液氢、甲醇、高价碳氢化合物等;还有固态如碳等。电解质是离子导电而非电子导电的材料,液态电解质分为碱性和酸性电解液,固态电解质有质子交换膜和氧化锆隔膜等。
燃料电池的反应为氧化还原反应,电极的作用一方面是传递电子、形成电流;另一方面是在电极表面发生多相催化反应,反应不涉及电极材料本身,这一点与一般化学电池中电极材料参与化学反应很不相同,电极表面起催化剂表面的作用。  
装置六:甲烷失去电子被氧化是负极,负极反应为:CH4-8 +8OH= CO2 + 6H2O,在碱性KOH溶液中生成的CO2还会进一步发生:CO2 + 2OH= CO32 + H2O,负极总反应为:CH4-8 +10OH= CO32+ 7H2O;正极反应为:O2+2 H2O + 4 = 4OH;负极总反应+正极反应×2得到总的离子反应为:CH4 + 2 OH+ 2O2 = CO32 + 3H2O 。
    燃料电池的负极反应一般较难写出,而正极反应和电池总反应却较易写出。用电池总反应减去正极反应可得负极反应,这是快速书写负极反应式的一种巧妙方法。比如,甲烷燃料电池总离子反应式为:CH4 + 2 OH+ 2O2 = CO32 + 3H2O① ,正极反应为:O2+2 H2O + 4 = 4OH②,①-②×2得负极反应:CH4-8 +10OH= CO32+ 7H2O。
因此,我们判断原电池的正负极时,应先辨别题设中原电池装置是上述四中情况中哪一种类型。总之,是燃料电池,则通燃料的一极为负极,通氧化剂的一极为正极;不是燃料电池时,首先看哪一极能与电解质溶液反应,能反应的一极为负极;如果两极都能与电解质溶液反应,则活动性强的金属电极为负极(活负氧);如果两极都不能与电解质溶液反应,此时要考虑吸氧腐蚀(正极:O2+2 H2O + 4 = 4OH)。
练习1:锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能量高而受到了普遍重视,目前已研制成功多种锂电池,某种锂电池的总反应为Li + MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是   
A、 Li是正极,电极反应为Li - e- = Li+
B、 Li是负极,电极反应为Li - e- = Li+
C、 Li是负极,电极反应为MnO2 + e- = MnO2
D、 Li是负极,电极反应为Li -2e- = Li2+
提示:首先应找出LiMnO2中阴阳离子的电荷,阳离子为Li+,阴离子为MnO2,可见Li化合价升高被氧化为负极,MnO2化合价降低被还原为正极。
答案:B。
练习2:银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,其电极分别是Ag2O和锌,电解液为KOH溶液。工作时原电池的总反应是:Ag2O+Zn+H2O===2Ag+Zn(OH)2,根据上述判断:
(1)原电池的正极是__________。
(2)工作时原电池两极反应式为:负极__________,正极_________。
(3)工作时原电池负极附近的pH______________(填“增大”、“不变”、“减小”)
提示:电池的负极反应,一般较难写出,而正极反应和电池总反应却较易写出。用电池总反应减去正极反应可得负极反应。原电池的正负极可以通过化合价的升降来判断,化合价升高被氧化的一极为负极,化合价降低被还原的一极为正极。
答案:(1)Ag2O;由于银元素的化合价是降低的;(2)负:Zn-2e+2OH=Zn(OH)2 ;正:Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH;(3)减小;负极消耗了OH
练习3:将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧(如图所示)。在每次实验时,记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下:
已知:构成两电极的金属的金属活泼性相差越大,电压表的读数越大。

金属
电子流动方向
电压(V)
A
A→Cu
+0.78
B
Cu→B
—0.15
C
C→Cu
+1.35
D
D→Cu
+0.30

 
 
 
 
 
 
 
请依据表中数据判断:
(1)__________金属可能是最强的还原剂;__________金属一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。
(2)若滤纸不用盐溶液浸润而改用NaOH溶液浸润,则在滤纸上看到析出蓝色沉淀的是_________________(填字母)金属。其对应的原电池的电极反应式为:负极________,正极_____________。
提示:①因构成两电极的金属活泼性相差越大,电压表读数越大,根据提供的数据和电子的流动方向,各金属的活泼性顺序:C>A>D>Cu>B。②若用NaOH溶液作电解质,在滤纸上能看到有蓝色沉淀析出,则必须是Cu作该原电池的负极,即B组符合。
答案:(1)C  B;2)B  2Cu-4e==2Cu2+    2H2O+O2+4e==4OH