原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法和技巧

摘 要: 文章主要針對(duì)學(xué)生平時(shí)練習(xí)和考試中易出錯(cuò)的原電池電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)這一知識(shí)點(diǎn)，闡述原電池電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)的方法和技巧及其中應(yīng)注意的一些問(wèn)題，利用具體典例對(duì)方法和技巧進(jìn)行展示。

關(guān)鍵詞: 原電池電極反應(yīng)式 書(shū)寫(xiě) 方法和技巧

原電池知識(shí)一直是高考考綱中所要求的重點(diǎn)內(nèi)容，是近年高考的熱點(diǎn)，電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)更是考查的重點(diǎn)，多年來(lái)保持了較高的穩(wěn)定性。從高考和平時(shí)的練習(xí)檢測(cè)情況來(lái)看，學(xué)生對(duì)電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)知識(shí)掌握得非常不好，考試失分情況非常嚴(yán)重，電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)已成為學(xué)生學(xué)習(xí)這部分知識(shí)的攔路虎，直接影響考試的成績(jī)。我結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)近些年高考原題的研究，談?wù)勲姌O反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)，僅供參考。

原電池是一個(gè)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，是將一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在原電池的負(fù)極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流的裝置。

根據(jù)原電池的定義和裝置特點(diǎn)，我們可以按照以下的步驟書(shū)寫(xiě)原電池的電極反應(yīng)方程式。

1.判斷原電池的正負(fù)極

負(fù)極:活潑性較強(qiáng)金屬的一極;電子流出(或電流流入)的一極;電解質(zhì)溶液中陰離子移向的一極;電極不斷溶解或質(zhì)量不斷減少一極;發(fā)生氧化反應(yīng)的一極。

正極:相對(duì)不活潑的金屬或其它導(dǎo)體的一極;電子流入(或電流流出)的一極;電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子移向的一極;電極上有氣體產(chǎn)生、電極的質(zhì)量不斷增加或不變一極;發(fā)生還原反應(yīng)的一極。

備注:(1)利用金屬的活潑性強(qiáng)弱判斷正負(fù)極并不一定都是正確的，如在Mg—Al—NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Al(但Al活潑性比Mg弱)，Al—Cu—濃HNO溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Cu(但Cu活潑性比Al弱)。

(2)如果兩個(gè)電極都是惰性電極(如石墨電極)，則要看兩個(gè)電極上通入的物質(zhì)，如燃料電池發(fā)生氧化反應(yīng)的氣體(或?qū)?yīng)物質(zhì))所對(duì)應(yīng)的一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的氣體(或?qū)?yīng)物質(zhì))所對(duì)應(yīng)的一極為正極如堿性溶液中的甲醇燃料電池，其總反應(yīng)式為:2CHOH+3O+4KOH=2KCO+6HO，CHOH被氧化，通入甲醇的一極為負(fù)極;O被還原，通入氧氣的一極為正極。

2.書(shū)寫(xiě)原電池的電極反應(yīng)方程式

原電池的正負(fù)電極一旦確定，則相應(yīng)電極的電極反應(yīng)式也隨之確定，但在書(shū)寫(xiě)的時(shí)候一定要注意以下幾點(diǎn)。

(1)兩極電極反應(yīng)方程式中的電子得失數(shù)目(一般)保持相等。

(2)兩個(gè)電極上產(chǎn)生的物質(zhì)能否與電解質(zhì)溶液中的物質(zhì)繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，如果電極上產(chǎn)生的物質(zhì)不與電解質(zhì)溶液中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，則根據(jù)氧化劑、還原劑得失電子的一般規(guī)律，直接寫(xiě)出電極反應(yīng)方程式。如果電極上產(chǎn)生的物質(zhì)與電解質(zhì)溶液中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，則一定要注意把電解質(zhì)溶液中參加反應(yīng)的物質(zhì)也要寫(xiě)入電極反應(yīng)方程式。如電解質(zhì)溶液呈堿性，電極反應(yīng)方程式中CO不可能存在，應(yīng)為CO，也不會(huì)有H參加反應(yīng)或生成;同樣酸性溶液，電極反應(yīng)方程式中CO不可能存在，應(yīng)為CO，不會(huì)有OH參加反應(yīng)或生成。根據(jù)此原則，物質(zhì)得失電子后在不同的介質(zhì)環(huán)境中所存在的形式不同，總之，電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)一定要考慮電解質(zhì)溶液對(duì)其影響。

(3)原電池總反應(yīng)方程式等于兩電極反應(yīng)方程式之和，兩極的電極反應(yīng)方程式有時(shí)候往往只有一極可以很容易的寫(xiě)出，對(duì)于原電池總反應(yīng)方程式一般情況下可以很容易寫(xiě)出，這時(shí)候可以先寫(xiě)出總反應(yīng)的化學(xué)方程式，再寫(xiě)出其離子反應(yīng)方程式。在保證總反應(yīng)方程式和較易寫(xiě)出一極的電極反應(yīng)方程式電子守恒的情況下，用總反應(yīng)離子方程式減去較易寫(xiě)出一極的電極反應(yīng)方程式，即得另一極的電極反應(yīng)方程式。

接下來(lái)我就以典例針對(duì)上面幾點(diǎn)具體展示一下電極反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)的方法和技巧。

例1:Ag—Zn高能電池(鈕扣電池)由AgO、Zn及KOH溶液組成。總反應(yīng)為:Zn+AgO+HO=Zn(OH)+2Ag，試分別寫(xiě)出其電極反應(yīng)方程式。

解析:鈕扣電池在放電過(guò)程中屬于原電池反應(yīng)，兩極電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)難點(diǎn)，也是學(xué)生最感到困惑不解的地方。但只要考慮了電解質(zhì)溶液參與，準(zhǔn)確地把握電解質(zhì)溶液如何參與的電極反應(yīng)，那么兩極電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)就可迎刃而解了。

根據(jù)原電池原理分析可知:負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則負(fù)極反應(yīng)為:Zn-2e=Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液。Zn進(jìn)入溶液后又與溶液中的OH反應(yīng)，Zn+ 2OH=Zn(OH)，所以負(fù)極反應(yīng)方程式為:Zn-2e+2OH=Zn(OH);正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)為:AgO+2e=2Ag+O，O在中性或堿性環(huán)境中也不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合HO生成OH，故在中性或堿性條件下O+HO=2OH，所以正極反應(yīng)方程式為:AgO+2e+HO=2Ag+2OH。

除此之外，我們還可以利用這樣一種方法，充分利用原電池總反應(yīng)方程式等于兩電極反應(yīng)方程式之和，那么正極反應(yīng)方程式可以用原電池總的反應(yīng)離子方程式減去負(fù)極的電極反應(yīng)方程式得出，總的反應(yīng)離子方程式:Zn+AgO+HO=Zn(OH)+2Ag①，負(fù)極反應(yīng)方程式為:Zn-2e+2OH=Zn(OH)②，①-②得出正極反應(yīng)方程式為:AgO+2e+HO=2Ag+2OH。

例2:(鉛蓄電池)鉛蓄電池其電極分別是Pb、PbO，電解質(zhì)是一定濃度的硫酸，工作時(shí)的反應(yīng)方程式為:PbO+Pb+2HSO=2PbSO+2HO試分別寫(xiě)出其電極反應(yīng)式。

解析:根據(jù)原電池原理分析，負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則負(fù)極反應(yīng)為:Pb-2e=Pb，電解質(zhì)溶液為一定濃度的硫酸，生成的Pb進(jìn)入電解質(zhì)溶液中，Pb與溶液中的SO不能共存，要繼續(xù)反應(yīng)生成PbSO，即:Pb+SO=PbSO，所以負(fù)極反應(yīng)方程式為:Pb-2e+SO=PbSO;正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)為:PbO+2e=Pb+2O，Pb和O進(jìn)入溶液中，由于電解質(zhì)溶液是HSO溶液，Pb與溶液中的SO不能共存，要繼續(xù)反應(yīng)生成PbSO，O在酸性環(huán)境中，不能單獨(dú)存在，O在酸性環(huán)境中優(yōu)先結(jié)合H生成HO，這樣在正極繼續(xù)發(fā)生的反應(yīng)有:Pb+SO=PbSO，4H+2O=2HO;根據(jù)以上分析可知正極反應(yīng)方程式為:PbO+2e+SO+4H=PbSO+2HO。

除此之外，我們還可以利用這樣一種方法，充分利用原電池總反應(yīng)方程式等于兩電極反應(yīng)方程式之和，那么正極反應(yīng)方程式可以用原電池總的反應(yīng)離子方程式減去負(fù)極的電極反應(yīng)方程式得出，總的反應(yīng)離子方程式:Pb+PbO+HSO=2PbSO+2HO①，負(fù)極反應(yīng)方程式為:Pb-2e+SO=PbSO②，①-②得出正極反應(yīng)方程式為:PbO+2e+SO+4H=PbSO+2HO。(注意:在利用第二種方法的時(shí)候，一定要注意兩電極反應(yīng)方程式中得失電子數(shù)應(yīng)相等且與總反應(yīng)方程式也要相等，此時(shí)之間才能相加減。)

例3:甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，試分別寫(xiě)出其電極反應(yīng)方程式。

解析:燃料電池電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)過(guò)程中，學(xué)生往往對(duì)電解質(zhì)溶液對(duì)電極反應(yīng)方程式的影響考慮不到位導(dǎo)致書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤。甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH，甲烷燃燒生成的CO還要與KOH反應(yīng)生成KCO，所以燃料電池的總反應(yīng)方程式為:CH+2KOH+2O=KCO+3HO。

根據(jù)原電池原理分析，負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，由于電解質(zhì)溶液為KOH，書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式可出現(xiàn)OH，但不能出現(xiàn)H，則負(fù)極反應(yīng)為:CH-8e+8OH=CO+6HO;CO+2OH=CO+HO，所以負(fù)極反應(yīng)方程式為:CH+10OH+8e=CO+7HO，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，由于電解質(zhì)溶液為KOH，書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式可出現(xiàn)OH，但不能出現(xiàn)H，則正極反應(yīng)為:O+4e=2O;O+HO=2OH，所以正極反應(yīng)式為:O+2HO+4e=4OH。

通過(guò)上面的解析可以看出，負(fù)極電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)非常麻煩、極易出錯(cuò)，因?yàn)檎龢O很容易寫(xiě)出，如果充分利用原電池總反應(yīng)方程式等于兩電極反應(yīng)方程式之和，則負(fù)極書(shū)寫(xiě)極易出錯(cuò)的現(xiàn)象就可以避免。

燃料電池的總反應(yīng)離子方程式為:CH+2OH+2O=CO+3HO①。正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，由于電解質(zhì)溶液為KOH，O在中性或堿性環(huán)境中不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合HO生成OH，則正極反應(yīng)為:O+4e=2O;O+HO=2OH，所以正極反應(yīng)方程式為:O+2HO+4e=4OH②，①-②得出負(fù)極反應(yīng)方程式為:CH+10OH+8e=CO+7HO。

點(diǎn)評(píng):解決此題的關(guān)鍵是理解原電池的有關(guān)概念，注意電解質(zhì)環(huán)境對(duì)電極反應(yīng)的影響，熟悉原電池電極反應(yīng)方程式的一般書(shū)寫(xiě)方法，如果環(huán)境換為酸性，或者熔融的碳酸鈉，則電極反應(yīng)式就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

總而言之，對(duì)于原電池的電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)來(lái)說(shuō)，首先最重要的是明白原電池的工作原理，對(duì)于有電解質(zhì)溶液參與的電極反應(yīng)來(lái)說(shuō)書(shū)寫(xiě)較為困難，但只要充分考慮電解質(zhì)溶液對(duì)電極反應(yīng)的影響，同時(shí)注意得失電子守恒及電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)的方法，則電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)就可以迎刃而解。

參考文獻(xiàn):

[1]王磊.陳光巨.新世紀(jì)教材《化學(xué)反應(yīng)原理》.山東科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[2]孟凡盛.原電池電極名稱的規(guī)定和電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2005，(5).