原電池電極反應式的書寫方法

郭小明

摘要：原電池電極反應式的書寫歷來是高考中的熱點話題，對于學生來說，電極反應式的書寫一直是一大難點，如何較輕松的解決這一難點，關鍵是掌握電極反應式的書寫方法。

關鍵詞：原電池電極反應式；書寫方法

原電池的構成條件之一就是自發進行的氧化還原反應，根據原電池原理可知，原電池的電極反應就是自發的氧化還原反應分別在兩極進行，負極失電子、化合價升高、發生氧化反應；正極得電子、化合價降低、發生還原反應。據此判斷正、負極，再結合反應環境，便可得到兩極反應。就原電池的電極反應式書寫做以下幾方面總結：

一、有金屬電極參與反應的原電池

此類電池分為三種情況，分別為兩電極均與電解質溶液反應、某一電極與電解質溶液反應、兩電極均不與電解質溶液反應。

（1）兩電極均與電解質溶液反應：相對較活潑的金屬做負極，失電子，發生氧化反應；相對較不活潑的金屬做正極，電解質溶液中的陽離子得電子，發生還原反應。

如：Mg、Al、稀硫酸構成的原電池，Mg、Al均與稀硫酸反應，但在酸性環境中Mg 比 Al活潑，所以Mg做負極，Al做正極，電極反應式分別為：

負極：Mg2e = Mg2+；

正極：2H+ + 2e = H2↑；

總反應式：Mg + 2H+ = Mg2+ + H2↑ 。

（2）某一電極與電解質溶液反應：誰反應誰做負極，失電子，發生氧化反應；不反應的做正極，電解質溶液中的陽離子得電子，發生還原反應。

如：Mg、Al、NaOH溶液構成的原電池，Al與NaOH溶液反應，在堿性環境中Al 比 Mg活潑，所以Al做負極，Mg做正極，電極反應式分別為：

負極：2Al6e-+ 8OH= 2AlO2 + 4H2O

正極：6H2O + 6e- = 3H2↑+ 6OH

總反應式：2Al + 6H2O + 2OH = 2AlO2 + 4H2O + 3H2↑

再如：常溫下Fe、Cu、濃HNO3溶液構成的原電池也是如此。

（3）兩電極均不與電解質溶液反應：相對較活潑的金屬做負極，失電子，發生氧化反應；相對較不活潑的金屬（或非金屬）做正極，氧氣得電子，發生還原反應（即正極發生吸氧腐蝕）。

如：Fe、C、NaCl溶液構成的原電池：Fe、C與NaCl溶液均不反應，Fe比C活潑，Fe做負極，C做正極，電極反應式分別為：

負極：2Fe4e-= 2Fe2+

正極：O2 + 4e + 2H2O = 4OH

總反應式：2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe（OH）2

再如：Cu、Ag、稀硫酸構成的原電池：Cu、Ag均不與稀硫酸反應，Cu比Ag活潑，Cu做負極，Ag做正極，電極反應式分別為：

負極：2Cu4e-= 2Cu2+

正極：O2 + 4e + 4H+ = 2H2O

總反應式：2Cu + O2 + 4H+ = 2Cu2+ + 2H2O

注意：吸氧腐蝕的正極反應式，在堿性或中性條件下生成OH，在酸性條件下生成水。

二、燃料電池

燃料電池一般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參與反應，但其總反應方程式相當于可燃物在氧氣中燃燒。但由于涉及電解質溶液，因此燃燒產物可能還要與電解質溶液反應，再寫出燃燒產物與電解質溶液反應的方程式，從而得到總反應方程式。正極反應式的書寫比較容易，學生書寫困難的是負極反應式，可用下列方法得到。

如：甲烷燃料電池的總反應為：

酸性條件下：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

堿性條件下：CH4 + 2O2 + 2OH = CO32 + 3H2O

O2做正極，正極的電極反應式為：

酸性條件下：O2 + 4e + 4H+ = 2H2O

堿性條件下：O2 + 4e + 2H2O = 4OH_

此時負極的反應式就可以由總反應方程式減去正極的電極反應式得到（注意：要將方程式中的氧氣抵消掉）。即：

酸性條件下：負極：（CH4 + 2O2）（2O2 + 8e + 8H+）=（CO2 + 2H2O）4H2O

可得：CH48e + 2H2O = CO2 + 8H+

堿性條件下：負極：（CH4 + 2O2 + 2OH）（2O2 + 8e + 4H2O）=（CO32 + 3H2O）8OH_

可得：CH48e + 10OH = CO32 + 7H2O

此外，我們還可以根據氧化還原反應中元素的化合價變化，再依據電荷守恒和元素守恒直接書寫負極電極反應式。

如：在酸性條件下，甲烷燃料電池的負極產物是CO2和H+，CH4中C元素的化合價為4價，H元素的化合價為+1價，反應前后H元素的化合價沒有變化，C元素的化合價從4價升高到+4價，化合價升高8，從而可得：CH48e = CO2 + H+，再根據電荷守恒，反應式左邊帶8個單位的正電荷，右邊應生成8H+，再依據元素守恒，左邊再加2個H2O，從而可得負極反應式：CH48e + 2H2O = CO2 + 8H+。

在堿性條件下，甲烷燃料電池的負極產物是CO32和H2O，元素化合價變化與酸性條件相同，從而可得：CH48e = CO32 + H2O，再根據電荷守恒，反應式左邊帶8個單位的正電荷，右邊應生成物帶2個單位的負電荷，左邊再加10OH，再依據元素守恒，右邊H2O的計量數為7，從而可得負極反應式：CH48e + 10OH = CO32 + 7H2O。

根據以上兩種方法同樣可以書寫熔融鹽和熔融氧化物作為電解質的電極反應式。

三、已知總反應的電極反應式書寫

根據原電池的原理，負極失電子、價升高、發生氧化反應，正極得電子、價降低、發生還原反應，據此首先判斷正、負極，再結合反應環境的酸堿性，利用電荷守恒和元素守恒，便可得到兩極反應。

如：銀鋅紐扣電池的總反應為：Ag2O + Zn = ZnO + 2Ag，化合價發生變化的元素分別為Ag和Zn，Ag元素的化合價由+1價降低為0價，Ag2O為正極，Zn元素的化合價由0價升高為+2價，Zn為負極，通過總反應可以判斷此電池為堿性電池，正極反應首先寫出：Ag2O + 2e = 2Ag，根據電荷守恒，左邊帶兩個單位的負電荷，右邊不帶電，堿性條件下，右邊應該添加2OH，再根據元素守恒，左邊添加H2O，可得反應式為：Ag2O + 2e + H2O = 2Ag + 2OH，同理可書寫負極反應式為：Zn – 2e + 2OH = ZnO + H2O

鉛蓄電池的總反應式為：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O，首先找出化合價發生變化的元素只有Pb，分別為0 → +2，+4 → +2，然后確定Pb為原電池的負極，PbO2為原電池的正極，最后根據反應環境、電荷守恒、元素守恒可書寫電極反應式。

負極：Pb2e + SO42 = PbSO4

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

此外，還可以利用總反應式減去某一極反應式的方法寫出另一極反應式。

總之，原電池電極反應式的書寫要重方法勤練習，難點就會變成得分點。