“兩頭湊”法原電池電極反應式書寫探究

張占軍

摘要：原電池是現行高中化學知識中重要的組成部分，特別是原電池電極反應式的書寫，不僅是學習的重點和難點，還是高考試題的熱點。然而，學生在學習電極反應式書寫時，不知如何下手。本文筆者旨在通過原電池反應原理的探究、常見原電池電極反應式的書寫例析，提高學生書寫原電池電極反應式的能力。

關鍵詞：原電池原理；兩頭湊；電極反應式書寫

原電池是把化學能轉化為電能的裝置。原電池設計的原理依據是能自發進行的氧化還原反應。原電池中的氧化反應和還原反應分別在兩個電極上發生，電子的轉移通過連接兩電極的導線完成。學生書寫原電池的電極反應式要從以下幾個方面入手。

1.能準確識別給出的原電池是哪種常見類型的原電池（后面有總結），并能用離子反應方程式表達出反應原理。

2.既然原電池設計的原理依據是氧化還原反應，所以學生要能用雙線橋熟練準確地分析一個氧化還原反應，也就是能找到氧化反應（還原劑→氧化產物）、還原反應（氧化劑→還原產物）這兩個半反應。

3.采用“兩頭湊”的方法寫出電極反應式。

下面以Cu—Zn—H2SO4為例，寫出其電極反應式。

第一步：該電池的設計原理是Zn+2H+=Zn2+H2

第二步：雙線橋分析該反應原理

Zn + 2H+ = Zn2+ + H2

還原反應

第三步：兩頭湊

先觀察氧化反應，在“=”的兩端先寫出還原劑和氧化產物即Zn=Zn2+。分析還原劑單質鋅由0價變成了氧化產物中的+2價，這個過程必須是通過失去電子才能實現，因此我們在等號的右端再添上失去的兩個電子，即Zn-2e-=Zn2+，這樣就得到了負極的電極反應式。同理，正極的電極反應式，我們先在等號的兩端寫出氧化劑和還原產物即2H+=H2。分析氧化劑H+，要想生成H2必須通過得到兩個電子才能實現，因此在等號的右端再添上得到的兩個電子即2H++2e-=H2就得到正極的電極反應式。書寫電極反應式還要注意以下幾點。

1.分清正負極。發生氧化反應的是負極，發生還原反應的是正極。

2.電極反應式半反應，要注意得失電子數目與離子電荷的平衡。

3.注意介質有時也要參與電極反應式，比如H2O，酸性介質中H+，堿性介質中的OH—。

4.最后兩個半反應合起來應該能得到反應原理的離子方程式。這個可以幫助我們檢查所寫的電極反應式是否正確。

掌握常見類型的原電池有助于我們書寫電極反應式。筆者經過多年教學總結出常見的原電池類型。

1.“置換式”的原電池。顧名思義，是根據置換反應設計的原電池。它的結構是①兩個活潑性不同的電極，可以是金屬與金屬、金屬與石墨、金屬與難溶金屬氧化物組成；②電解質溶液，至少要能與一個電極發生氧化還原反應；③兩電極插入電解質溶液中且用導線連接。例如，Fe-Cu-CuSO4原電池，它的設計依據就是Fe與CuSO4的置換反應，原理是Fe+Cu2+=Fe2++Cu。利用兩頭湊的方法可以得到其電極反應式為正極Cu2++2e-=Cu，負極Fe-2e-= Fe2+。

2.金屬吸氧腐蝕型的原電池。它的結構是：①兩個活動性不同的電極，較活潑的為金屬電極；②兩電極與電解質溶液均不反應；③形成回路。這類原電池的特點是電極與電解質溶液不發生反應，電解質溶液只起導電作用。學生對這類電池不易識別，因此感覺更困惑。這類電池正極一般是O2反應，電極反應式：O2+2H2O+4e-=4OH-。負極一般就是金屬直接失去電子變成金屬陽離子就可以了。比如，Fe-C-NaCl電池，兩極均不與電解質反應，這個反應的本質就是Fe的吸氧腐蝕，負極的電極反應式為：負極Fe-2e-=Fe2+。

3.燃料電池。它的結構是：①兩個相同的電極，例如Pt電極。②電解質溶液往往是堿性的或者酸性的，且不與電極或者兩極上的物質直接反應。③形成回路。燃料電池大多是可燃性物質與氧氣及電解質溶液共同組成的原電池。雖然可燃性物質與氧氣在不同的電極反應，但其總反應方程式是可燃物在氧氣中燃燒。燃料電池要有氧氣參加，且在正極，故燃料電池的正極反應式一般只有兩種情況，即酸性情況：O2+4H++4e-=2H2O 堿性情況：O2+2H2O+4e-=4OH-。由于電解質溶液往往是堿性或酸性的，也要參與電極反應，故負極電極反應式書寫難度較大，但利用“兩頭湊”的方法書寫還是比較容易的。以甲烷—空氣—KOH為例的燃料電池。因為是堿性電池故正極的反應式為正極：O2+4e-+2 H2O= 4OH-。“兩頭湊”法分析負極的電極反應式。CH4燃燒會變成CO2 ，在堿性環境下CO2會被吸收轉變成CO32-。我們可以先寫出CH4=CO32-分析CH4中-4價的碳變成了+4價的碳，必須失去8個電子才能是現在這個轉變，CH4中+1價的H要結合OH-轉變成H2O，故最后得到負極反應式為CH4-8e-+ 10OH-=CO32-+7H2O。

在平時的練習和考試中，我們還會遇到一些其他的原電池，但是萬變不離其宗——氧化還原反應。只要我們抓住這個根本，吃透上述方法，多多總結，提高我們的分析能力，原電池書寫電極反應式的問題便會迎刃而解。

【責編 張偉飛】