“四步法”書寫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、蘇教版均未對原電池電極反應(yīng)方程式書寫作詳細講解，本文依據(jù)電極反應(yīng)的規(guī)律，設(shè)計四步書寫電極反應(yīng)方程式，充實“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)

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2020）22-0097-02

電極反應(yīng)方程式的書寫是學(xué)生學(xué)習(xí)“原電池”過程中的重點，與氧化還原反應(yīng)方程式、離子方程式書寫同等重要.氧化還原反應(yīng)方程式配平、離子方程式書寫都有比較成熟的方法，教師講起來得心應(yīng)手，學(xué)生學(xué)起來輕松，而現(xiàn)有高中化學(xué)教材對原電池里電極反應(yīng)方程式書寫沒有詳細講解，其它資料也沒有提供現(xiàn)存方案，為此，筆者設(shè)計四個步驟完成原電池中電極方程式的書寫，并稱之為“四步法”.電極反應(yīng)方程式是化學(xué)專業(yè)語言，“四步法”書寫的優(yōu)點，是牢牢抓住化學(xué)變化過程中電子守恒、電荷守恒、原子守恒原理，分步進行，降低難度，學(xué)生能快速準確掌握.

第一步，找“對子”.書寫電極反應(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，沒有自發(fā)進行的氧化還原反應(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.

因為反應(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，在原電池負極上反應(yīng)的一對物質(zhì)為：還原劑——氧化產(chǎn)物.反之，因為反應(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)，有元素的化合價發(fā)生變化，而化合價升降的實質(zhì)是電子得失，書寫時要遵守電子得失守恒，根據(jù)化合價升降，在電極反應(yīng)方程式左邊標明電子得、失及數(shù)目，電子符號用“e-”表示.

第三步，配電荷.電極反應(yīng)方程式屬于離子方程式，書寫時，應(yīng)滿足離子方程式書寫的要求，遵守電荷守恒，且用實際參加反應(yīng)離子的離子符號表示化學(xué)反應(yīng)，易溶的強電解質(zhì)改寫為離子，氣體用“↑”表示，沉淀用“↓”表示，把電子 “e-”看作是帶一個單位負電荷的陰離子，寫在電極反應(yīng)方程式左邊，用電解質(zhì)溶液中的離子符號配平電極反應(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)變化時原子種類和數(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及數(shù)目.

在用“四步法”完成了正或負極反應(yīng)方程式書寫后，利用“正極反應(yīng)方程式+負極反應(yīng)方程式=總反應(yīng)方程式”規(guī)律，用“總反應(yīng)方程式-負或正極反應(yīng)方程式”得到正或負極反應(yīng)方程式.下面以鉛蓄電池和鋰離子電池為例，展示“四步法”書寫的具體過程.

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

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

PbSO4+2H2O.當然也可以用“四步法”直接寫出正極反應(yīng)方程式，見表1.

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

由上述方法寫出的正極反應(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，得負極反應(yīng)方程式：LixCn-xe-xLi++nC，也可以用“四步法”直接書寫負極反應(yīng)方程式，見表2.

準確書寫出電極方程式是解決原電池相關(guān)問題的前提.有了正確的電極反應(yīng)方程式，諸如分析原電池反應(yīng)實驗現(xiàn)象、計算電解質(zhì)溶液離子濃度、判斷電流方向等，一切問題迎刃而解.

參考文獻：

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[責(zé)任編輯：季春陽]