“四步法”書(shū)寫(xiě)原電池中的電極反應(yīng)方程式

李傳雄

摘?要：現(xiàn)有的高中化學(xué)教材，人教版、魯科版、蘇教版均未對(duì)原電池電極反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)作詳細(xì)講解，本文依據(jù)電極反應(yīng)的規(guī)律，設(shè)計(jì)四步書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)方程式，充實(shí)“原電池”的教學(xué)內(nèi)容，為一線教師教學(xué)提供幫助.

關(guān)鍵詞：原電池;電極反應(yīng)方程式;守恒原理;高中化學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2020）22-0097-02

電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)是學(xué)生學(xué)習(xí)“原電池”過(guò)程中的重點(diǎn)，與氧化還原反應(yīng)方程式、離子方程式書(shū)寫(xiě)同等重要.氧化還原反應(yīng)方程式配平、離子方程式書(shū)寫(xiě)都有比較成熟的方法，教師講起來(lái)得心應(yīng)手，學(xué)生學(xué)起來(lái)輕松，而現(xiàn)有高中化學(xué)教材對(duì)原電池里電極反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)沒(méi)有詳細(xì)講解，其它資料也沒(méi)有提供現(xiàn)存方案，為此，筆者設(shè)計(jì)四個(gè)步驟完成原電池中電極方程式的書(shū)寫(xiě)，并稱之為“四步法”.電極反應(yīng)方程式是化學(xué)專業(yè)語(yǔ)言，“四步法”書(shū)寫(xiě)的優(yōu)點(diǎn)，是牢牢抓住化學(xué)變化過(guò)程中電子守恒、電荷守恒、原子守恒原理，分步進(jìn)行，降低難度，學(xué)生能快速準(zhǔn)確掌握.

第一步，找“對(duì)子”.書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)方程式首先要理解原電池原理.原電池是將氧化還原反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，沒(méi)有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生，就不能形成原電池.原電池總反應(yīng)方程式如圖1所示.

因?yàn)榉磻?yīng)中失電子的反應(yīng)物是還原劑，也就是，原電池中流出電子的一極是還原劑，還原劑是原電池的負(fù)極.還原劑失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氧化產(chǎn)物，所以，在原電池負(fù)極上反應(yīng)的一對(duì)物質(zhì)為：還原劑——氧化產(chǎn)物.反之，因?yàn)榉磻?yīng)中得電子的反應(yīng)物是氧化劑，也就是，原電池中電子流入的一極是氧化劑，氧化劑是原電池的正極.氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物，所以，在原電池正極上反應(yīng)的一對(duì)物質(zhì)為：氧化劑——還原產(chǎn)物.

第二步，配電子.電極反應(yīng)是氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)，有元素的化合價(jià)發(fā)生變化，而化合價(jià)升降的實(shí)質(zhì)是電子得失，書(shū)寫(xiě)時(shí)要遵守電子得失守恒，根據(jù)化合價(jià)升降，在電極反應(yīng)方程式左邊標(biāo)明電子得、失及數(shù)目，電子符號(hào)用“e-”表示.

第三步，配電荷.電極反應(yīng)方程式屬于離子方程式，書(shū)寫(xiě)時(shí)，應(yīng)滿足離子方程式書(shū)寫(xiě)的要求，遵守電荷守恒，且用實(shí)際參加反應(yīng)離子的離子符號(hào)表示化學(xué)反應(yīng)，易溶的強(qiáng)電解質(zhì)改寫(xiě)為離子，氣體用“↑”表示，沉淀用“↓”表示，把電子 “e-”看作是帶一個(gè)單位負(fù)電荷的陰離子，寫(xiě)在電極反應(yīng)方程式左邊，用電解質(zhì)溶液中的離子符號(hào)配平電極反應(yīng)方程式兩邊離子所帶電荷.

第四步，配原子.電極反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)，在發(fā)生化學(xué)變化時(shí)原子種類(lèi)和數(shù)目不變，即原子守恒，用觀察法配平電極反應(yīng)方程式兩邊原子種類(lèi)及數(shù)目.

在用“四步法”完成了正或負(fù)極反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)后，利用“正極反應(yīng)方程式+負(fù)極反應(yīng)方程式=總反應(yīng)方程式”規(guī)律，用“總反應(yīng)方程式-負(fù)或正極反應(yīng)方程式”得到正或負(fù)極反應(yīng)方程式.下面以鉛蓄電池和鋰離子電池為例，展示“四步法”書(shū)寫(xiě)的具體過(guò)程.

例1?鉛蓄電池是最常見(jiàn)的二次電池，原電池反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O.將總反應(yīng)方程式改寫(xiě)為離子方程式Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O，利用“四步法”寫(xiě)其負(fù)極反應(yīng)方程式.

由上述方法寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)方程式為：Pb+SO2-4-2e-PbSO4，用總反應(yīng)方程式減負(fù)極反應(yīng)方程式，即得正極反應(yīng)方程式：PbO2+4H++SO2-4+2e-

PbSO4+2H2O.當(dāng)然也可以用“四步法”直接寫(xiě)出正極反應(yīng)方程式，見(jiàn)表1.

例2?鋰離子電池放電分析.常見(jiàn)的鋰離子電極材料，正極材料常用的氧化劑為L(zhǎng)iMO2（M：Co、Ni、Mn等）、LiM2O4（M：Co、Ni、Mn等）或LiMPO4（M：Fe等），負(fù)極材料均為石墨（能吸附鋰原子）.現(xiàn)以第一種情況為例進(jìn)行說(shuō)明，原電池反應(yīng)為：Li1-xMO2+LixCnnC+LiMO2，用“四步法”寫(xiě)正極反應(yīng)方程式.

由上述方法寫(xiě)出的正極反應(yīng)方程式：Li1-xMO2+xLi++xe-LiMO2，用總反應(yīng)方程式減去正極反應(yīng)方程式，得負(fù)極反應(yīng)方程式：LixCn-xe-xLi++nC，也可以用“四步法”直接書(shū)寫(xiě)負(fù)極反應(yīng)方程式，見(jiàn)表2.

準(zhǔn)確書(shū)寫(xiě)出電極方程式是解決原電池相關(guān)問(wèn)題的前提.有了正確的電極反應(yīng)方程式，諸如分析原電池反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、計(jì)算電解質(zhì)溶液離子濃度、判斷電流方向等，一切問(wèn)題迎刃而解.

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社化學(xué)室，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū) 化學(xué) 選修4 化學(xué)反應(yīng)原理[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]北京師范大學(xué)國(guó)家基礎(chǔ)教育，課程教材實(shí)驗(yàn)教材總編委員會(huì)組.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū) 化學(xué) 化學(xué)反應(yīng)原理（選修）[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

[3]王祖浩.化學(xué)反應(yīng)原理 選修[M].南京：江蘇教育出版社，2005：12-20.

[責(zé)任編輯：季春陽(yáng)]