淺談原電池中電極反應式的書寫

摘要對原電池電極反應式書寫的原則、要點、方法進行歸納總結。并通過幾種常見的原電池加以分析，培養正確書寫電極反應式的能力。

中圖分類號:G633.8文獻標識碼:A

在原電池學習中，電極反應式的書寫成為高中學生學習這部分知識的一大障礙，掌握電極反應式的書寫規律和技巧是學好電化學的前提。根據自己的教學實踐和對原電池原理的體會與理解，現對電極反應式的書寫歸納如下。

1 原電池電極反應式的書寫原則

總反應式(電池反應):電池內自發的氧化還原反應。

負極:還原劑失電子，發生氧化反應。

正極:氧化劑得電子，發生還原反應。

2 原電池電極反應式的書寫要點和方法

(1)確定原電池內可自發的氧化還原反應。(2)在負極還原劑失電子，發生氧化反應，得到氧化產物。還應關注該氧化產物是否與電解質溶液發生反應。(3)在正極氧化劑得電子，發生還原反應，得到還原產物。還應關注該還原產物是否與電解質溶液發生反應。(4)調整系數使正、負極得失電子的數目相等。(5)用好元素守恒、電荷守恒，得失電子守恒。

當我們掌握了以上關于原電池電極反應式的書寫原則、要點以及方法后，就已經具備了正確書寫原電池電極反應式的能力。但原電池的種類繁多，變化各異，形式多樣，要想準確迅速的書寫原電池電極反應式，仍不是一件簡單容易的事情。下面，我們通過幾個具體的實例進一步的探討一下原電池電極反應式的書寫方法。

例1:將Zn片與Cu片用導線連接，插入CuSO4溶液中形成原電池，試寫出該電池的兩極反應式。

解析:先找出該原電池內可以自發的氧化還原反應，即Zn與CuSO4發生反應。

總反應式(電池反應):Zn + Cu2+= Zn2++ Cu

在負極Zn作為還原劑，失去電子成為 Zn2+，在正極Cu2+作為氧化劑，得到電子成為Cu。

負極:Zn-2e- = Zn2+正極:Cu2++2e- = Cu

銅鋅原電池是中學化學中最常見的原電池之一，也是原電池中相對簡單的一種。在此基礎上，稍加變化，便可以引出一類較為復雜的問題，例如:

例2:將Al片與Mg片用導線連接，分別插入稀H2SO4溶液和NaOH溶液中，形成原電池，試寫出這兩個電池的電極反應式。

解析:該原電池內電解質溶液是稀H2SO4溶液時，Mg比Al的活潑性強，因此，Mg作負極，該原電池內可以自發的氧化還原反應，即Mg與稀H2SO4發生反應。

總反應式(電池反應):Mg + 2H+ =Mg 2+ +H2↑

在負極Mg作為還原劑，失去電子成為Mg2+，在正極H+作為氧化劑，得到電子成為H2。

負極:Mg-2e-= Mg2+ 正極:2H+ + 2e- =H2↑

該原電池內電解質溶液是NaOH溶液時，Mg不與NaOH溶液發生反應，但Al與NaOH溶液發生反應。因此，Al作負極，該原電池內可以自發的氧化還原反應，即Al與NaOH溶液發生反應。

總反應式(電池反應):2Al+2OH-+6H2O =AlO2- +4H2O

負極:2Al- 6e- +8OH -= 2AlO2- +4H2O

正極:6H2O+6e- = 3H2↑+ 6OH-

其中，生產的Al3+在堿性條件下不能穩定存在，會與過量的OH-發生反應轉化為AlO2-。

由上述例子，我們不難看出，兩種不同的金屬電極在酸堿性環境不同的電解質溶液中，所表現出的活潑性是截然相反的。那么，當原電池中電解質溶液的濃度發生改變時，對于原電池又有什么影響呢?其電極反應式又該如何書寫呢?我們通過下面的例子，作一初步了解。

例3:將鋅片和鋁片用導線相連，分別插入稀硫酸、濃硫酸中，寫出兩原電池中的電極反應式和電池反應式。

解析:稀硫酸作為電解質溶液時，較活潑的鋁被氧化，失去電子形成Al3+。鋅片上H+被還原，得到電子，放出氫氣。

總反應式(電池反應):2Al + 6H+ = 2Al3+ +3H2↑

負極:2Al - 6e- = 2Al3+正極:6H+ +6e- = 3H2↑

濃硫酸作為電解質溶液時，由于在常溫下鐵鋁在濃硫酸中發生鈍化現象，而鋅能與濃硫酸反應，所以鋁片作正極，鋅片作負極。

總反應式(電池反應):

Zn + 2H2SO4 (濃) =ZnSO4 + SO2↑+2H2O

負極:2 Zn-2e- =Zn2+

正極:4H++SO42-+2e- = SO2↑+2H2O

因此，在書寫原電池電極反應式時，認真思考電極所處的環境，準確判斷正負電極是確保電極反應式書寫正確的關鍵之一。

蓄電池的原理一直是學生比較困惑的地方，其實蓄電池的放電過程是屬于原電池反應的，如何來正確書寫蓄電池放電過程的電極反應式成為學生一大難點，而這類反應的一大特點在于電解質溶液都參與了反應，并且容易和電極上所得到的產物再次發生反應。若能理清思路，找準各個物質的來龍去脈，此類題目就可以迎刃而解。

例4:鉛蓄電池的負極及負極反應物為Pb，正極反應物為PbO2，電解質溶液是稀H2SO4溶液，寫出鉛蓄電池(下轉第219頁)(上接第214頁)中的電極反應式。

解析:在原電池中Pb失去電子變為Pb2+，PbO2中的Pb4+得到電子變為Pb2+并釋放出O2-。在稀硫酸溶液中，Pb2+必然與SO42-結合為PbSO4 沉淀，O2-必然與H+結合為H2O。

鉛蓄電池總反應式為:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4↓+ 2H2O

負極:Pb + SO42--2e- = PbSO4 ↓

正極:PbO2 + SO42- + 4H++2e- = PbSO4↓+ 2H2O

燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。它不需要燃燒，和其他電池一樣都自發的發生著氧化還原反應，雖然沒有明亮的火焰，但是都可將化學能轉化為電能。燃料電池的工作原理基本一致，因此其電極反應式的書寫也存在這一定的規律性。對于大多數的燃料電池而言，其氧化產物和還原產物與其燃燒產物是一致的，有少部分稍有差別，仍可依照原電池內可自發的氧化還原反應，寫出原電池電極反應式。通過以下兩例，可見一斑。

例5:氫氧燃料電池是一種污染小，效率高的新型化學電源，可應用于航天器上。其電池反應為:2H2 + O2 = 2H2O 。試寫出電解質溶液為鹽酸時的電極反應式;電解質溶液為KOH溶液時電極反應式。

解析:H2、O2燃料電池中反應實質為:H2與O2之間的氧化還原反應，即:2H2 + O2 = 2H2O

負極:H2-2e- = 2H+

正極:O2+4e- = 2O2-

由于在不同環境中H+、O2-會與電解質發生不同的反應，因此電極反應也相應不同:

①酸性環境中(如鹽酸):H+穩定存在，O2-必然與H+結合成H2O，

負極:2H2-4e- = 4H+正極:O2+ 4H+ +4e- = 2H2O

②堿性環境中(如KOH溶液):H+不能穩定存，必然與OH-結合成H2O;而O2-也不能穩定存在，必然與H2O結合形成OH-。

負極:2H2 - 4e-+ 4 OH-= 4 H2O

正極:O2 + 2H2O + 4e-= 4 OH-

例6:用金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，在兩極上分別通入甲烷和氧氣，形成甲烷—氧氣燃料電池，該電池反應的離子方程式為:

CH4 + 2O2 + 2OH-= CO32-+ 3H2O

試寫出該電池的兩極反應式。

解析:電池反應為CH4 + 2O2 + 2OH-= CO32-+3H2O

負極(CH4): 根據得失電子守恒可知，CH4變為CO32-， C元素化合價從-4到+4，升高了8價，故失8e-

CH4 →CO32-+8e-

根據電荷守恒配平電極反應式

CH4 +10 OH-→CO32-+8e-

根據元素守恒再次配平電極反應式

CH4 +10 OH- →CO32-+8e-+7H2O

調整后可得

負極:CH4 - 8e- +10 OH- = CO32- + 7H2O

正極(O2):O2得電子成為O2-，O2-會與H2O結合成OH-

2O2 + 8e- + 4H2O = 8 OH-

因此，在原電池中電極反應式的書寫最主要的是分析其可自發的氧化還原反應，準確判斷兩極反應物，并關注氧化產物與還原產物是否與電解質溶液發生反應。一般應特別注意以下幾個方面:電解質溶液的酸堿性對物質性質的影響，如鎂、鋁在NaOH溶液或KOH溶液等堿性溶液中構成原電池時，盡管鎂比鋁活潑但由于在堿性溶液中鎂不反應而作正極;鐵鋁在濃硫酸或濃硝酸中會發生鈍化，即使與不活潑金屬構成原電池最終也作正極;在酸性較弱或中性溶液中金屬一般發生吸氧腐蝕，如鋼鐵的吸氧腐蝕等;在書寫電極反應式時，酸性條件下可以用H+或H2O配平，堿性條件下可以用OH-或H2O配平。

總之，正確書寫原電池中電極反應式的前提是要明白原電池的工作原理，找出在原電池中能夠自發的氧化還原反應。才能做到“會當凌絕頂，一覽眾山小。”