高中化学专题——金属铝在电池电极反应中的特殊性
铝是最常见的金属,因其化学性质的某些特殊性,如铝单质显两性,易发生钝化,形成铝离子后在溶液里易发生离子反应等,使以铝为中心的各类题型的出频率较高.其中,金属铝在电池中作电极的一类题具有一定的迷惑性和思考性,值得重视。
例1
(1)将铜棒与铝棒用导线连接后插入稀硫酸中组成原电池.铝片在电池中作电池的 极,铜作电池的 极,负极反应为 ;
(2)若将上述电解质溶液换成浓硝酸,则铝在电池中作 极,铜作 极,电池的正、负极反应分别为 。
解析 判断原电池的电极反应时应从自发进行的氧化还原这一本质出发,而不能一味地只从电极的活泼性去考虑.此题的第一小题中自发进行的氧化还原反应是 2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑
而第二小题中自发进行的氧化还原反应是 Cu+4HNO3==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
因此,当以浓硝酸为龟解质溶液时电池的负极是铜,而不再是铝,负极反应为 Cu-2e-==Cu2+
正极反应为2NO3-+2e—+4H+==2NO2↑+2H2O
例2 将铝片与镁片用导线连接后插入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中组成原电池铝片作电池的 极,镁片作 极.电极反应分别是 。
解析分析此题的方法与上题相似,但因铝与氢氧化钠反应的特殊性,在写电极反应时应从化学方程式人手,注意铝与氢氧化钠反应的实质是先与水反应生成氢氧化铝,而后再与氢氧化钠反应.两极反应分别为
负极 2Al-6e-+8OH- == 2AlO2-+4H2O
正极 6H2O+6e- == 3H2↑+6OH-
例3 时间长了,银器皿的表面会变黑,这是因为生成了硫化银的缘故.有人设计用原电池原理加以除去.方法是:将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间后黑色会褪去,而不损失银,且反应过程中有臭鸡蛋气味的气体放出.在此原电池反应中负极发生的反应为 ,正极发生的反应为 ,原电池的总反应方程式为 。
解析铝失电子后变为铝离子,同时使硫化银还原为单质银,并释放出硫离子,硫离子在溶液中与铝离子发生双水解反应,产生氢氧化铝沉淀与硫化氢气体。
负极反应为 2Al-3e-==2Al3+
正极反应为 3Ag2S+6e一==6Ag+3S2-
总的反应方程式为 3Ag2S+2Al+6H2O===Al(OH)3+3H2S↑+6Ag
A-Level化学原电池四大知识点
A-level化学是最受欢迎的A-level科目,大家在备考时,会有很多知识点需要记忆,为了帮助大家加深记忆,下面小编为大家详细介绍一下A-Level化学原电池四大知识点。
一、构成原电池的条件构成原电池的条件有:
1.电极材料。两种金属活动性不同的金属或金属和其它导电性(非金属或某些氧化物等);
2.两电极必须浸没在电解质溶液中;
3.两电极之间要用导线连接,形成闭合回路。说明:(1)一般来说,能与电解质溶液中的某种成分发生氧化反应的是原电池的负极。(2)很活泼的金属单质一般不作做原电池的负极,如K、Na、Ca等。
二、原电池正负极的判断
1.由组成原电池的两极材料判断:一般来说,较活泼的或能和电解质溶液反应的金属为负极,较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。但具体情况还要看电解质溶液,如镁、铝电极在稀硫酸在中构成原电池,镁为负极,铝为正极;但镁、铝电极在氢氧化钠溶液中形成原电池时,由于是铝和氢氧化钠溶液发生反应,失去电子,因此铝为负极,镁为正极。
2.根据外电路电流的方向或电子的流向判断:在原电池的外电路,电流由正极流向负极,电子由负极流向正极。
3.根据内电路离子的移动方向判断:在原电池电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极。
4.根据原电池两极发生的化学反应判断:原电池中,负极总是发生氧化反应,正极总是发生还原反应。因此可以根据总化学方程式中化合价的升降来判断。
5.根据电极质量的变化判断:原电池工作后,若某一极质量增加,说明溶液中的阳离子在该电极得电子,该电极为正极,活泼性较弱;如果某一电极质量减轻,说明该电极溶解,电极为负极,活泼性较强。
6.根据电极上产生的气体判断:原电池工作后,如果一电极上产生气体,通常是因为该电极发生了析出氢的反应,说明该电极为正极,活动性较弱。
7.根据某电极附近pH的变化判断
吸氢或吸氧的电极反应发生后,均能使该电极附近电解质溶液的pH增大,因而原电池工作后,该电极附近的pH增大了,说明该电极为正极,金属活动性较弱。
三、电极反应式的书写
1.准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键。
如果原电池的正负极判断失误,电极反应式的书写一定错误。上述判断正负极的方法是一般方法,但不是绝对的,例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中。
2.要考虑电子的转移数目
在同一个原电池中,负极失去电子数必然等于正极得到的电子数,所以在书写电极反应时,一定要考虑电荷守恒。防止由总反应方程式改写成电极反应式时所带来的失误,同时也可避免在有关计算中产生误差。
3.要利用总的反应方程式
从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池,而两个电极反应相加即得总反应方程式。所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应,便可以写出另一个电极反应方程式。
四、原电池原理的应用
原电池原理在工农业生产、日常生活、科学研究中具有广泛的应用。
1.化学电源:人们利用原电池原理,将化学能直接转化为电能,制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池以及高能燃料电池,以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学研究以及科学技术的发展中,电池发挥的作用不可代替,大到宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船,小到电脑、电话、手机以及心脏起搏器等,都离不开各种各样的电池。
2.加快反应速率:如实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气,用纯锌生成氢气的速率较慢,而用粗锌可大大加快化学反应速率,这是因为在粗锌中含有杂质,杂质和锌形成了无数个微小的原电池,加快了反应速率。
3.比较金属的活动性强弱:一般来说,负极比正极活泼。
4.防止金属的腐蚀:金属的腐蚀指的是金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应,使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程。在金属腐蚀中,我们把不纯的金属与电解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀,电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀:在潮湿的空气中,钢铁表面吸附一层薄薄的水膜,里面溶解了少量的氧气、二氧化碳,含有少量的H+和OH-形成电解质溶液,它跟钢铁里的铁和少量的碳形成了无数个微小的原电池,铁作负极,碳作正极,发生吸氧腐蚀:
电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。因此可以用更活泼的金属与被保护的金属相连接,或者让金属与电源的负极相连接均可防止金属的腐蚀。
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