新型電池電極反應式難點突破

熊紹良 喻嶸

摘? 要：從原電池總反應入手是快捷準確書寫電極反應式的首選尋找和分析原電池自發進行的氧化還原反應是首要任務，沒有或不能直接得出總反應式時應審視題給信息尋找負極和正極對應的氧化還原電對并確定變價元素及化合價或氧化數的變化總數以此來確定電極反應物和生成物從而完成電極反應式的書寫。

關鍵詞：新型;原電池;電極反應

1? 問題的提出

新系列化學電源不斷出現，化學電源的電極材料和電解質不斷優化，以新型電池為背景的電池工作原理在高考題中高頻出現，因其背景新穎物質相對陌生，書寫電極反應式便成為困擾學生的難點，下面結合實例闡述如何突破電池電極反應式。

2? 基本原理

電池反應式的書寫要從原電池原理入手。通常情況是把一個自發進行的氧化還原反應設計成原電池的。那么從題目中尋找自發進行的氧化還原反應是首要任務，有時電池反應的總反應方程式題中明示，有了總反應方程式將其按氧化反應和還原反應拆分為兩個半反應[1]即易完成兩電極反應式的書寫;題中沒給出總反應時應認真審視和理解題給信息，包括問題選項中出現的信息和圖示信息并有效提取，找出負極的氧化還原電對[2]（氧化型/還原型）和正極的氧化還原電對，兼顧電解質環境寫其電極反應式和總反應方程式等問題便迎刃而解。

3? 方法策略

3.1? 加和性原則

加和性指得失電子數相等的前提下將正負極反應式相加可得原電池總反應。常利用此原則，在得失電子數相等時用總反應式減去已知的一極電極反應式可得另一電極的反應式。

3.2共存性原則

共存性指所寫出的電極反應式要與電解質溶液相匹配，即電極反應式必須考慮介質環境，物質得失電子后在不同的介質環境中所存在的形式不同。如堿性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H+參加反應或生成;當電解質溶液是酸性是，不可能有OH-參加反應或生成等。

3.3守恒性原則

守恒性指電極反應是氧化或還原反應，要遵循電子守恒、質量守恒及電荷守恒。在同一個原電池中，負極失去的電子總數必等于正極得到的電子總數，所以在寫電極反應式時，要注意電子得失守恒;電極反應式兩邊原子種類和個數相等即要質量守恒;離子是帶電荷的，電極反應式兩邊要電荷平衡，根據電解質具體情況確定平衡電荷的離子。

4? 步驟程序

確定總反應，由總反應拆分出氧化反應作原電池的負極反應，還原反應作原電池的正極反應，由反應物和生成物結合電解質環境寫出各電極反應;當總反應隱含時結合圖示信息，如用電器中電子流向，溶液中離子的遷移方向判斷原電池的正負極，結合各極原料出入的變化情況或挖掘選擇項信息找出正、負極的氧化還原電對等。

負極反應：還原劑-ne-+介質 =氧化產物

正極反應：氧化劑+ ne-+介質 =還原產物

此中確定變價元素和化合價改變總值從而確定電子轉移的物質的量是正確寫出電極反應式的前提。

5? 實例分析

例1 全固態鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應為：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）.寫出電池的電極反應式。

分析：由總反應知單質Li被氧化，負極反應：單質 S8被還原，結合它的存在形式及守恒關系，

正極反應：

拓展：隨著放電的進行正極材料會發生圖示所示的變化

硫元素價態（氧化數）由逐漸降低，如某階段發生變化時，正極反應變為，而負極反應不變。此時總反應為

例2（2014全國卷II）2013年3月我國科學家報道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯誤的是

A.a為電池的正極

B.電池充電反應為LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLi

C.放電時，a極鋰的化合價發生變化

D.放電時，溶液中Li+從b向a遷移

分析：未給出總反應，由圖示知負極氧化還原電對為Li+/Li，結合B選項信息知正極的氧化還原電對為Li1-xMn2O4/ LiMn2O4? 此電對中價態發生改變的元素是Mn，可寫出各電極反應及總反應式。

負極反應：

正極反應：

兩式相加得總反應式：

例3 一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖[3]。寫出燃料電池電極反應式及總反應式

分析：該題既無總反應，催化重整裝置又對燃料電池有干擾作用，關鍵要從催化重整的產物：CO+H2從電極A輸入，以CO2+H2O輸出為突破口，原料發生氧化反應。可知A為負極，又從催化重整反應CH4+H2? ? ?3H2+CO，結合電解質為熔融碳酸鹽以平衡電荷，易寫出電極反應和總反應

負極反應：

正極反應：

兩式相加得總反應為：

例4微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置.某微生物燃料電池的工作原理如下圖所示寫出該燃料電池的電極反應。

分析：該題沒給出總反應，圖示信息較多，由質子移動方向知，電極a為燃料電池負極，電極b為燃料電池正極。硫酸鹽還原菌將有機物氧化為CO2，本身被還原為HS-，HS-為電池負極原料，而硫氧化菌可以將HS-催化氧化為，所以兩種菌存在，就會循環把有機物轉化為二氧化碳放出電子，負極上硫氫根離子在硫氧化菌作用下轉化為硫酸根離子，失電子發生氧化反應，

負極電極反應為：

正極為氧氣得電子生成水，電極反應為：

電池總反應為：

參考文獻

[1]? 郭炳焊絲，李新海，楊松青.化學電源[M]湖南：中南大學出版社 2009 304-310

[2]? 唐有根.鎳氫電池[M]北京：化學工業出版社2007? 121-125

[3]? 鄭克強，高考總復習[M].湖南：湖南教育出版社2017 66-74