原電池中正負極判斷的4種方法

在高考化學試卷中，原電池原理及應用是必考內容之一.試題主要通過原電池原理示意圖，考查學生模型認知及微觀探析的化學核心素養.在分析原電池相關問題時，判斷原電池的正極和負極是解題的重要突破口，本文主要介紹以下4種判斷方法.

1根據電極材料及電解質（溶液）性質判斷

原電池是由兩個電極、導線和電解質（溶液）構成的閉合電路，電極種類與電極材料的性質、電解質（溶液）的性質有關.具體情況如下：

1）當兩電極材料均能與電解質溶液反應或均不能與電解質溶液直接反應時，比較活潑的金屬作負極.2）當只有一種電極材料能與電解質溶液持續反應時，能反應的材料作負極.

例1圖1為“三組電解質\"儲能電池工作示意圖，放電時， Na⁺ 通過固體電解質向 c_u 電極移動，充電時，Cu 電極上生成 Cu₂O. 下列說法錯誤的是（ ）.

圖1

A.放電時，Na電極發生氧化反應

B.放電時，正極的電極反應為 Cu₂O+2e^-+H₂O=2Cu+2OH^-

C.充電時，當外電路通過 1mol 電子時， Cu 極區域溶液質量減少 8g

D.電極電勢： Na 電極 +

通過固體電解質向 Cu 電極移動可知，放電時 Na 電極為負極， Cu 電極 為正極，負極上 ΔNa 失電子，發生氧化反應，選項A說法正確.正極上 Cu₂O 得到電子生成 Cu ，結合介質顯強堿性可確定電極反應為 Cu₂O+2e^-+H₂O=2Cu+2OH^- ，選項B說法正確.充電時， Cu 極發生反應 2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O ，當外電路通過1mol 電子時，正極上可生成 0.5molCu₂O ，消耗0.5mol 氧原子，同時陽極區有 1molNa⁺ 在電場作用下移向陰極，這會導致陽極區溶液質量減少 23g ，故陽極溶液質量減少 8g+23g=31g ，選項C說法錯誤.原電池中，正極的電勢較高，選項D說法正確.答案為C.

分析某一電極區溶液質量的變化時，既要考慮因參與電極反應消耗或生成的物質對溶液質量的影響（如本題中消耗的氧原子），也要考慮離子定向移動對質量的影響（如本題中 Na⁺ 的移出）.

2根據微粒（電子、離子）運動方向判斷

原電池工作時，電子從負極流出，經導線流入正極；在電場作用下，陰離子移向負極，陽離子移向正極，例2鈉電池具有價格優勢，且綜合性能也明顯優于鉛酸蓄電池，電池裝置如圖2所示，負極的電極反應為 Na-e^-=Na⁺ ，目前常以單晶 Na_0.44MnO₂ 納米線、橄欖石型 NaFePO₄ 等材料為正極.下列有關說法錯誤的是（ ）.

A.放電時，電極A為電池的負極B.充電時， Na⁺ 向電極A移動C.單晶 Na_0.44MnO₂ 納米線作電極材料的優點在于比表面積大D.橄欖石型 NaFePO₄ 可利用金屬鈉與LiFePO₄ 的水溶液發生置換反應制備

由圖2可知，電子由左向右流動，則電極A為負極，電極B為正極，選項A說法正確.充時，電極A作陰極，接電源負極，陽離子向陰極移動，選項B說法正確.納米材料顆粒小，比表面積大，選項C說法正確.Na為活潑金屬，在水溶液中優先與水反應，選項D說法錯誤.答案為D.

活潑金屬（如Li、Na、K）易與水反應，因此作負極時要使用非水電解質溶液.

3根據電池總反應方程式判斷

原電池工作時，負極發生失電子的氧化反應，相應反應物是還原劑；正極發生得電子的還原反應，相應反應物是氧化劑.因此，根據總反應方程式判斷電極種類的要領是：還原劑總是在負極上反應，氧化劑總是在正極上反應.

例3如圖3是某太陽能路燈上半部分的示意圖，白天它可以給其下部的鎳氫蓄電池充電，夜晚鎳氫蓄電池釋放電能用于照明， .下列有關說法錯誤的是（ ）.

圖3

A.太陽能電池能將太陽能轉化為電能

B.鎳氫蓄電池充電時，陽極反應為Ni（OH）₂-e^-+OH^-=NiOOH+H₂O

C.鎳氫蓄電池放電時，負極反應為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O

D.充電時，陰極區 ΔpH 減小

太陽能電池先將太陽能轉化為電能，再將電能轉化為化學能儲存起來，選項A說法正確.由電池工作時的總反應式知，介質呈堿性，放電時H₂ 在負極上失去電子： H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O ，正極上反應為 NiOOH+e^-+H₂O=Ni（OH）₂+OH^-充電時陽極反應與此式相反，選項B、C說法正確.同一電極充電與放電時電極反應形式相反，充電時陰極區生成 OH^- ， pH 增大，選項D說法錯誤.答案為D.

對于可充電電池來說，同一電極上放電與充電時，電子得失相反，電極反應式形式上也是相反的；此外，當總反應式中出現多種含有 OH^- 的物質或金屬氧化物時，電解質溶液通常顯堿性.

4利用電極上的變化判斷

電極變化包括電極本身質量的變化、電極上物質種類的變化、電極周圍溶液 pH 的變化等.若導致相應變化的原因是對應電極上發生了氧化反應，則該電極是負極，反之該電極就是正極.

例4用熱再生氨電池處理含 Cu²⁺ 電鍍廢液的裝置如圖4所示.該裝置由電池部分和熱再生部分組成：電池部分中，a極室為 （NH₄）₂SO₄-NH₃ 混合液，b極室為 （NH₄）₂SO₄ 溶液；熱再生部分加熱a極室流出液，使 Δ[Cu（NH₃）₄]²⁺ 分解.下列說法不正確的是（ ）.

圖4

A.裝置中的離子交換膜為陽離子交換膜B.a極的電極反應為Cu-2e^-+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺ C.電池部分的總反應為Cu²⁺+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺ D.該方法可以富集 Cu²⁺ 并產生電能，同時循環用 NH₃

由圖4可知，b電極上 Cu²⁺ 得到電子轉化為Cu，b 電極為原電池正極，電解過程中， b 極室陽離子數量減少，a極室陽離子增多且生成的陽離子進入回收裝置中，因此b極室中的 SO₄^2- 進入a極區，離子交換膜為陰離子膜，選項A說法錯誤.a電極上銅失去電子發生氧化反應生成 ，a電極為負極： Cu-2e^-+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺ ，選項B說法正確.b電極上電極反應式為 Cu²⁺+2e^-= Cu，a，b 兩個電極上的電極反應式相加即可得到電池總反應式為 Cu²⁺+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺ ，選項C說法正確.該裝置為原電池裝置，可以富集 Cu²⁺ 并產生電能，同時回收液受熱分解釋放出氨氣，能循環利用 NH₃ ，選項D說法正確.答案為A.

總之，原電池正負極的判斷方法有多種，但無論具體方法是什么，其核心是：負極一定發生失電子的氧化反應，正極一定發生得電子的還原反應.與此對應的變化、現象均是判斷電極種類的依據

（完）