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书写电极方程式是电化学中的一个重要技能,主要涉及以下几个步骤:
确定原电池或电解池的正负极
在原电池中,通常较活泼的金属作负极,发生氧化反应;较不活泼的金属或石墨等作正极,发生还原反应。
在电解池中,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
判断反应物和生成物
根据电池的总反应或题目给出的信息,确定正负极上的反应物和生成物。
写出电极反应方程式
负极反应:负极发生氧化反应,失去电子。例如,在Mg-Al-NaOH原电池中,铝失去电子生成铝离子:
$$2Al - 6e^- + 8OH^- = 2AlO_2^- + 4H_2O$$
正极反应:正极发生还原反应,得到电子。例如,在上述电池中,水得到电子生成氢气和氢氧根离子:
$$6H_2O + 6e^- = 3H_2 + 6OH^-$$
配平电极反应方程式
电荷守恒:确保电极反应式左右两边的电荷总数相等。
原子守恒:确保反应物和生成物的原子数目相等。
将两个电极反应式相加得到总反应
将负极反应式和正极反应式相加,消去电子,得到电池的总反应方程式。例如:
$$2Al + 2OH^- + 6H_2O = 2NaAlO_2 + 3H_2$$
示例
原电池示例
将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中,用导线连接成原电池,写出此原电池工作时的电极反应方程式。
确定正负极
Al比Mg活泼,但在NaOH溶液中,Al与OH^-反应更剧烈,因此Al为负极,Mg为正极。
写出电极反应方程式
负极:
$$2Al - 6e^- + 8OH^- = 2AlO_2^- + 4H_2O$$
正极:
$$6H_2O + 6e^- = 3H_2 + 6OH^-$$
总反应
将两个电极反应式相加:
$$2Al + 2OH^- + 6H_2O = 2NaAlO_2 + 3H_2$$
电解池示例
电解氯化铜溶液,写出阳极和阴极的电极反应方程式。
确定阳极和阴极
阳极:Cl-放电,生成Cl2。
阴极:Cu2+放电,生成Cu。
写出电极反应方程式
阳极:
$$2Cl^- - 2e^- = Cl_2$$
阴极:
$$Cu^{2+} + 2e^- = Cu$$
总反应
将两个电极反应式相加:
$$Cu^{2+} + 2Cl^- = Cu + Cl_2$$
通过以上步骤,可以系统地书写出电极方程式。关键在于准确判断正负极、识别反应物和生成物,并遵循电荷守恒和原子守恒的原则进行配平。