例談電極反應的書寫

王在輝

摘 要：從近幾年高考來看，電化學知識穩中有變，其中能寫出電極反應和電池反應方程式是我們解決很多電化學問題的基礎和關鍵。不論是原電池，還是電解池中，其本質都是發生氧化還原反應。因此要重視基本電極反應方程式書寫的訓練。筆者通過例題解析來談談電極反應和電池反應方程式的書寫。

關鍵詞：原電池；電解池；電極反應式

中圖分類號：G622 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2016）06-260-02

一、原電池

原電池的化學反應原理是氧化還原反應，負極失電子發生氧化反應，正極得電子發生還原反應，據此書寫電極反應。

例1.燃料電池是用CO、H2、CH4等可燃性氣體與氧氣或空氣起反應，將此反應的化學能轉化為電能的裝置，電解質溶液為酸性介質，試寫出CH4燃料電池的電極反應和電池總反應。

解析：自發進行的氧化還原反應是CH4+2O2=CO2+2H2O…①

電解質溶液為酸性介質，正極反應：O2+4e-+4H+=2H2O…②

CH4在負極失電子發生氧化反應，反應①轉移電子為8e-，利用①-②×2可得CH4在負極的電極反應：CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+

小結：根據上述例析，書寫原電池的電極反應的方法歸納如下：

（1）先寫出總反應方程式。

（2）根據電子得失情況，把總反應分解成氧化反應、還原反應。一般先寫出較熟悉的某一極反應，再用總反應減去已寫出的某一極反應（注意得失電子守恒），從而得出另一極的電極反應。

（3）注意：①較活潑金屬未必作負極，如：將銅片和鋁片用導線相連，分別插入稀H2SO4和濃HNO3中，在稀H2SO4作電解質溶液的原電池中，較活潑的鋁被氧化作負極，銅作正極。其負極電極反應為Al-3e-=Al3+，在濃HNO3作電解質溶液的原電池中，因為Al在濃HNO3中鈍化，實質發生的是Cu與HNO3的反應，Cu被氧化，故較不活潑的銅作負極，其負極電極反應為Cu-2e-=Cu2+

②電解質溶液的酸堿性改變會引起電極反應的改變，如上例1，若在堿性介質中，總反應變為CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O，O2參加的電極反應為2O2+8e-+4H2O=8OH-，相應負極的電極反應則為CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O

二、電解池

使電流通過電解質溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應的過程叫電解。在電解過程中，陰離子移向陽極失電子發生氧化反應，陽離子移向陰極得電子發生還原反應，電解質溶液中離子很多，在兩極放電的離子是依據其放電能力順序進行的：

陽極：首先看電極，如果是活性電極，則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子；如果是惰性電極，則是陰離子放電，其放電順序：S2->I->Cl->OH->含氧酸根離子>F-

陰極：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>K+

例2.如右圖是一個電化學過程示意圖，其中的電解質溶液

為AgNO3，寫出兩極的電極反應、電解池總反應。

解析：溶液中陽離子有：Ag+、H+（水電離出的）；

陰離子有：NO3-、OH-（水電離出的），陽極電極為銅，陰極為惰性電極石墨。

根據放電順序可知：陽極應是金屬銅失電子發生氧化反應，陰極是Ag+得

電子發生還原反應。

答案：陽極：Cu=Cu2++2e-

陰極：2Ag++2e-=2Ag

電解池總反應：Cu+2Ag+ Cu2++2Ag

小結：根據上述例析，書寫電解池的電極反應的方法歸納如下：

（1）分清電極：與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極。

（2）分析溶液：溶液中所含的全部陰、陽離子有哪些。

（3）確定放電離子：根據陰、陽離子的放電順序確定在兩極上發生放電的離子。

（注意：在陽極放電的，首先依據電極材料，若為活潑電極，則電極本身失電子被氧化；若為惰性電極（C、Pt、Au），則依據陰離子放電順序考慮。）

（4）先寫電極反應式：正確書寫電極反應式，要注意離子來自何種電解質（如非酸、堿溶液中H+、OH-來自于難電離的H2O）及得失電子守恒等 。

（5）再寫方程式：將陰陽兩極的電極反應式合并，然后把有關離子還原成化學式，整理后即可得電解反應的總化學方程式，且要注明條件。

（6）注意：①溶液中的離子濃度的改變會引起離子放電順序的改變，如：在給某鍍件鍍鋅時，電鍍液是飽和ZnCl2溶液，在飽和ZnCl2溶液中，Zn2+的濃度遠大于水電離出來的H+的濃度，所以陰極應是Zn2+放電，而不是H+放電。陰極電極反應為Zn2++2e-=Zn。

②陰離子在陽極放電順序，不能固守：S2->I->Cl->OH->含氧酸根離子>F-，要注意給予的信息。如：用惰性電極直接電解NaClO2溶液可制取新一代飲用水的消毒劑ClO2，寫出電解池中陽極的電極反應式，信息表明是含氧酸根離子ClO2-放電，而不是OH-放電生成O2，故陽極的電極反應式為：ClO2--e-=ClO2

③可充電電池是原電池與電解池的綜合運用，放電為原電池反應，充電為電解池反應。原電池的負極反應與電解池的陰極反應互為逆反應，原電池的正極反應與電解池的陽極反應互為逆反應。

三、依據氧化還原反應的原理巧寫電極反應式

不論是原電池，還是電解池中，其本質由“形”的直觀變為“數”的嚴密還要都是發生氧化還原反應，只要確定還原劑與還原產物，氧化劑與氧化產物，就可書寫出有關半反應。

例3：[2012·海南化學卷13]氮元素的氫化物和氧化物在工業生產和國防建設中都有廣泛應用，回答下列問題：（4）肼（N2H4）一空氣燃料電池是一種堿性電池，該電池放電時，負極的反應式為 。

解析：初步確立反應物與生成物：N2H4+O2→N2+H2O，N2H4在負極發生氧化反應，所以還原劑及其氧化產物分別是N2H4和N2，根據化合價升降可知N2H4→N2失4個電子可確定：N2H4 -4e-→N2，再根據電荷守恒定律可判斷出半反應的右邊要有4個H+或左邊要有4個OH-，由于已知是一種堿性電池，所以只能在左邊寫4個OH-，半反應N2H4+4OH--4e-→N2，再根據原子守恒，右邊添4個H2O，即負極的反應式為：N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O

上述方法不用寫總反應方程式，再用總反應減去已寫出的某一極反應，從而得出另一極的電極反應，相對來說，更簡便一些。

參考文獻：

[1]《三維設計》2016新課標高考總復習.化學.光明日報出版社