電化學原理與電極反應式的書寫

孫雨簫

摘 要：電化學原理是中學化學基本理論中的重要內容，是每年各省市高考化學中的必考點。其中電極反應式書寫是電化學的核心考點，也是易錯點。原電池和電解池的電極反應本質都是氧化還原反應，因此電化學電極反應都要遵循氧化還原反應的規律，特別是守恒規律。基于電化學原理和氧化還原反應的基礎知識總結出電化學電極反應式書寫“三步走”策略，能幫助廣大同學準確書寫電極反應式。

關鍵詞：電化學原理；電極反應式；氧化還原；守恒規律

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0222-02

電化學理論是近年來高考的命題熱點，對廣大考生而言也是必考必會的知識點。歷年考試中關于本知識點的分值基本上都在六分到十幾分不等。此外，還會結合熱化學等更高級的知識點出題。電化學的本質是氧化還原，因此，對于電化學知識的把握能夠讓學生更容易理解電子轉移的基本原理，對化學反應的本質和體系有一個深刻的認識，從而能有效抓住考試難點，在高考中拿下高分。本文旨在概括解析電化學的知識點中的重難點內容，并介紹“三步走”策略來快速準確地書寫電化學電極反應式。

1 電化學原理

中學電化學理論中主要涉及的是原電池和電解池，我們需要熟練掌握它們的工作原理。

原電池是把化學能轉變成電能的裝置，通過氧化還原反應而產生電流。原電池的構成條件包含四個方面：①自發進行的氧化還原反應（電子的轉移）；②電解質溶液（電池內部連通）；③閉合回路（電池外部連通）；④兩個活潑性不同的電極。例如教材中提及的銅鋅原電池，其正負極分別是銅片和鋅板，浸在硫酸鋅溶液中。日常生活中廣泛接觸到的各種干電池，就是基于原電池原理制成的。在放電過程中，負極發生氧化反應，正極發生還原反應。電子在外電路中由負極流向正極，而內電路電解液中的陽離子向正極移動，陰離子則移向負極，形成電荷持續定向遷移。

電解池理論可以和原電池進行對比學習。電解池是將電能轉化為化學能的裝置，使電流通過電解質溶液而在陰陽兩極發生氧化還原反應，由電源、兩個電極、電解質溶液和閉合回路組成。原電池一般只能由自發的氧化還原反應設計而成，而非自發的氧化還原反應有可能在外加電源的情況下被設計為電解池。電解的時候，電子由外電路的陽極流向陰極，電解液中的陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。從表1可以更加直觀的看出電解池和原電池的區別與聯系。

2 電極反應式的書寫

從上面的電化學原理分析可以看出，原電池和電解池電極反應的本質都是氧化還原反應，因此兩者的電極反應均遵循氧化還原反應的規律，尤其是化合價升高或降低的數值與得失電子總數相等。基于前期氧化還原反應離子方程式的書寫與配平知識點，可以總結出電化學電極反應式書寫技巧。通常通過如下“三步走”策略可以準確的書寫電極反應式。

（1）標變價，尋物質。按照正極（或陰極）氧化劑得電子發生還原反應，負極（或陽極）還原劑失電子發生氧化反應。標明發生變價的離子或分子，找到氧化劑和還原劑。

（2）寫產物，平得失。找到上述氧化劑和還原劑在反應后的產物，即還原產物和氧化產物。根據得失電子數目相等規律，利用化合價升降法進行配平。

（3）看題意，全配平。通常做完第二步，還存在元素沒有配平的情況。這時候需要結合題意，根據質量守恒原則，分析其他存在的物質并基于元素守恒規律進行配平。

通過上述“三步走”策略可以準確的書寫各類電極反應式，接下來我們通過具體例題來更加深入的理解和掌握該策略。

2.1 原電池電極反應式的書寫

例題1：以甲烷為燃料的燃料電池，其兩極均為鉑電極，電解質溶液為KOH溶液，試寫出該燃料電池的負極反應式。

解析：燃料電池電極反應產物與電解質的酸堿性有關，本題為是堿性介質，故最終生成CO32-和H2O。負極上甲烷作為還原劑失電子發生氧化反應，利用“三步走”策略來書寫該燃料電池的電極反應式步驟如下：第一步，找出變價的物質為CH4和CO32-；第二步，把上述物質分別寫在反應物和產物的位置，分析轉移電子數目，其中CH4失去8mole-生成1molCO32-，則可以得到電極反應式的雛形：CH4-8e-→CO32-；第三步，全配平，由于電解質溶液顯堿性，根據電荷守恒可確定OH-在反應式的左邊，其系數為10；根據H原子守恒可確定H2O在反應式的右邊，其系數為7。從而寫出負極反應式為：

CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O

例題2：酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產生MnOOH。該電池的正極反應式為_______________________________，電池反應的離子方程式為___________________________。

解析：根據上述“三步走”策略，分析本題可知，放電時，負極Zn作為還原劑失去電子生成氧化產物Zn2+，正極氧化劑MnO2得到電子生成還原產物MnOOH，從而可分別寫出正極和負極的電極反應式，然后在遵循電子守恒的前提下將兩極反應式加合可得電池反應的離子方程式。

答案：MnO2+e-+H+=MnOOH

Zn+2MnO2+2H+=Zn2++2MnOOH

2.2 電解池電極反應式的書寫

例題3：化學在環境保護中起著十分重要的作用。催化反硝化法和電化學降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染電化學降解NO3-的原理如圖1所示，陰極反應式為______。

解析：結合圖中信息，根據“三步走”策略解題。第一步，由于電解池陰極發生還原反應，NO3-轉化為N2，找到變價的物質為NO3-和N2。第二步，寫明兩者的位置，分析轉移電子情況。NO3-中的氮元素得到10個電子，則可以得到初步的反應式：2NO3-+10e-→N2↑；第三步：全配平，根據電荷守恒規律可知產物中包含12OH-。由元素守恒（H和O元素）規律分析出該陰極反應需要6H2O參與反應。最后寫出電極反應式：2NO3-+6H2O+10e-=N2↑+12OH-

可見，在學習高中電化學的過程中，一方面要理解和掌握電化學理論知識，另一方面要能夠準確地書寫電極反應式。“三步走”策略通過判斷電極的正負極（或陰陽極），確定電極反應物和產物，然后通過電荷守恒和元素守恒規律配平，能夠輕松地書寫各類電極反應式，可以說是同學們必須掌握的電極反應式書寫方法。

參考文獻

[1]曹志兵.談電極反應式書寫的有效策略[J].中學化學，2013，（4）：26-27.

[2]盧殿珍，馬龍.電化學知識概述[J].數理化解題研究：高中版，2017，（7）：90-91.