將化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池的一般步驟

摘 要： 本文結(jié)合實(shí)例，對(duì)包含有溶液中離子的氧化還原反應(yīng)、不包含溶液中離子的氧化還原反應(yīng)、非氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池的方法進(jìn)行分析、討論，總結(jié)出化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池的一般步驟。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池 氧化還原反應(yīng) 非氧化還原反應(yīng) 一般步驟

化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，實(shí)際上是由一個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式入手，通過正、負(fù)極的設(shè)計(jì)：負(fù)極由氧化半反應(yīng)給出，正極由還原半反應(yīng)給出，最后得到一個(gè)相應(yīng)的原電池記載式，該原電池的電池反應(yīng)與給出的化學(xué)反應(yīng)方程式完全一致，用以表示出原電池是怎樣組成的。

原電池的構(gòu)成離不開電解質(zhì)溶液和電子的得失，而化學(xué)反應(yīng)多種多樣，如：有些電解質(zhì)溶液中的離子出現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)中，而有些電解質(zhì)溶液中的離子不出現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)中；有些化學(xué)反應(yīng)有電子的得失，為氧化還原反應(yīng)，而有些化學(xué)反應(yīng)看不到電子的得失，為非氧化還原反應(yīng)。因此，學(xué)生將化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池比較困難，其主要問題往往是缺乏化學(xué)方程式變形方面的技能。下面，就常出現(xiàn)的幾種情況，以及具體的步驟進(jìn)行分析、討論。

一、包含有溶液中離子的氧化還原反應(yīng)

一般選反應(yīng)中的離子作為原電池的溶液部分。

例1：將反應(yīng)：Zn+HgSO=ZnSO+2Hg寫成電池符號(hào)。

反應(yīng)中參加氧化反應(yīng)的是Zn，其氧化產(chǎn)物為Zn，

得到氧化半反應(yīng)：Zn-2e=Zn①

反應(yīng)中發(fā)生還原反應(yīng)的是HgSO，其還原產(chǎn)物是Hg和SO，

得到還原半反應(yīng)：HgSO+2e=2Hg+SO②

最后檢查氧化半反應(yīng)①式與還原半反應(yīng)②式相加的結(jié)果是否與原反應(yīng)方程式完全一致。為了保證一致，也可以用原方程式減去①式，得到②式。

由①式得到負(fù)極：Zn|Zn

由②式得到正極：SO|HgSO，Hg|Pt

考慮到Zn和SO可以共存，因此，可以將負(fù)極、正極的溶液安排成一個(gè)溶液，電池設(shè)計(jì)成單液電池：Zn|Zn，SO|HgSO，Hg|Pt。

二、不包含溶液中離子的氧化還原反應(yīng)

反應(yīng)式本身不含有溶液中的物質(zhì)，構(gòu)成原電池時(shí)，究竟用什么作溶液部分須依據(jù)具體反應(yīng)來安排。一般可考慮HO，H或HO，OH。

例2：將反應(yīng)：Hg+PbO=HgO+Pb寫成電池符號(hào)。

反應(yīng)中發(fā)生氧化反應(yīng)的是Hg，得到的氧化產(chǎn)物是HgO，考慮到HgO為金屬氧化物，只適宜存在于堿性環(huán)境中，因此，

得到氧化半反應(yīng)：Hg+2OH-2e=HgO+HO①

反應(yīng)中發(fā)生還原反應(yīng)的是PbO，還原產(chǎn)物是Pb，考慮到PbO為金屬氧化物，也只適宜存在于堿性環(huán)境中，

得到還原半反應(yīng)：PbO+HO+2e=Pb+2OH②

①式+②式=原反應(yīng)方程式

由①式得到負(fù)極：Pt|Hg，HgO|HO，OH

由②式得到正極：HO，OH|PbO，Pb

構(gòu)成原電池：Pt|Hg，HgO|HO，OH|PbO，Pb。

例3：將反應(yīng)：2H+O=2HO寫成電池符號(hào)。

考慮到H是發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)，我們可以選其氧化產(chǎn)物H作為原電池的溶液部分，

得到氧化半反應(yīng)：2H-4e=4H①

反應(yīng)中發(fā)生還原反應(yīng)的是O，還原產(chǎn)物是HO，

得到還原半反應(yīng)：4H+O+4e=2HO②

①式+②式=原反應(yīng)方程式

由①式得到負(fù)極：Pt，H|H

由②式得到正極：HO，H|O，Pt

構(gòu)成原電池：Pt，H|HO，H|O，Pt。

解決此問題也可以用另外一種方法：

考慮到發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是H，其氧化產(chǎn)物為HO，

得到氧化半反應(yīng)：2H+4OH-4e=4HO①

原方程式-①式，

得到還原半反應(yīng)：O+2HO+4e=4OH②

由①式得到負(fù)極：Pt，H|HO，OH

由②式得到正極：HO，OH|O，Pt

構(gòu)成原電池：Pt，H|HO，OH|O，Pt。

也就是說，反應(yīng)：2H+O=2HO對(duì)應(yīng)兩個(gè)原電池，一個(gè)是酸液電池，一個(gè)是堿液電池。

三、非氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)

原電池對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，可以是氧化還原反應(yīng)，也可以不是氧化還原反應(yīng)，只要兩極反應(yīng)是氧化半反應(yīng)、還原半反應(yīng)，非氧化還原反應(yīng)也可以設(shè)計(jì)成原電池。

例4：將反應(yīng)AgCl+I=AgI+Cl寫成電池符號(hào)。

由以上的例子可以看出，設(shè)計(jì)電池問題，關(guān)鍵在于開始如何設(shè)計(jì)出第一個(gè)半反應(yīng)式。

考慮到I不能再得電子，

用原方程式中的AgCl設(shè)計(jì)出一個(gè)還原半反應(yīng)：AgCl+e=Ag+Cl①

原方程式-①式，得I-e=AgI-Ag

移項(xiàng)，得到氧化半反應(yīng)式：Ag+I-e=AgI②

由②式得到負(fù)極：Ag，AgI|I

由①式得到正極：Cl|AgCl，Ag

考慮到I與AgCl不能接觸，否則反應(yīng)AgCl+I=AgI+Cl就會(huì)直接進(jìn)行，這就違背了構(gòu)成原電池的原則：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)必須在不同的空間進(jìn)行，電子必須通過外電路進(jìn)行傳遞。因此原電池應(yīng)設(shè)計(jì)為雙液電池：Ag，AgI|I‖Cl|AgCl，Ag。

由以上的分析，我們可以總結(jié)出由化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池的一般步驟：

第一步：將原化學(xué)反應(yīng)式分解成兩個(gè)半反應(yīng)式，其中一個(gè)是氧化半反應(yīng)，另一個(gè)是還原半反應(yīng)。

1.若原方程式是氧化還原反應(yīng)，則可根據(jù)原方程式中物質(zhì)得失電子的情況寫出還原半反應(yīng)、氧化半反應(yīng)。兩式中必須各包含至少一種溶液中的離子。

2.若原方程式中沒有游離的離子作為構(gòu)成原電池的溶液部分，則需根據(jù)原方程式中的氧化劑或還原劑確定一種合適的離子作為構(gòu)成原電池的溶液部分，一般選擇HO、H或HO、OH。要注意根據(jù)原方程式中的物質(zhì)選擇是用酸溶液還是用堿溶液。HO、H、OH出現(xiàn)在半反應(yīng)式的哪一邊還應(yīng)考慮半反應(yīng)式的配平。

3.若原方程式不是氧化還原反應(yīng)，在確定第一個(gè)半反應(yīng)式時(shí)，首先一定要注意反應(yīng)中哪種物質(zhì)或離子不能再得或失電子，其次要注意同一物質(zhì)在半反應(yīng)式中和原方程式中必須出現(xiàn)在同一側(cè)，同時(shí)應(yīng)考慮得到原方程式中右邊的產(chǎn)物。

4.兩個(gè)半反應(yīng)式相加的結(jié)果必須與原方程式完全一致，得失電子數(shù)目相同。

第一步是設(shè)計(jì)原電池的關(guān)鍵步驟。

第二步：由氧化半反應(yīng)中各物質(zhì)組成負(fù)極，由還原半反應(yīng)中各物質(zhì)組成正極。

第三步：由正、負(fù)極構(gòu)成原電池。

（1）若兩極所用溶液相同，或兩極溶液可以混合，則可組成單液電池。

（2）若兩極溶液不能混合，如兩種離子之間發(fā)生反應(yīng)，或某一電極中的離子與另一電極中某一物質(zhì)可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則應(yīng)組成雙液電池，用鹽橋連通內(nèi)電路。