將化學反應設計成原電池的一般步驟

摘 要： 本文結合實例，對包含有溶液中離子的氧化還原反應、不包含溶液中離子的氧化還原反應、非氧化還原反應設計成原電池的方法進行分析、討論，總結出化學反應設計成原電池的一般步驟。

關鍵詞： 化學反應設計成原電池 氧化還原反應 非氧化還原反應 一般步驟

化學反應設計成原電池，實際上是由一個化學反應方程式入手，通過正、負極的設計：負極由氧化半反應給出，正極由還原半反應給出，最后得到一個相應的原電池記載式，該原電池的電池反應與給出的化學反應方程式完全一致，用以表示出原電池是怎樣組成的。

原電池的構成離不開電解質溶液和電子的得失，而化學反應多種多樣，如：有些電解質溶液中的離子出現在化學反應中，而有些電解質溶液中的離子不出現在化學反應中；有些化學反應有電子的得失，為氧化還原反應，而有些化學反應看不到電子的得失，為非氧化還原反應。因此，學生將化學反應設計成原電池比較困難，其主要問題往往是缺乏化學方程式變形方面的技能。下面，就常出現的幾種情況，以及具體的步驟進行分析、討論。

一、包含有溶液中離子的氧化還原反應

一般選反應中的離子作為原電池的溶液部分。

例1：將反應：Zn+HgSO=ZnSO+2Hg寫成電池符號。

反應中參加氧化反應的是Zn，其氧化產物為Zn，

得到氧化半反應：Zn-2e=Zn①

反應中發生還原反應的是HgSO，其還原產物是Hg和SO，

得到還原半反應：HgSO+2e=2Hg+SO②

最后檢查氧化半反應①式與還原半反應②式相加的結果是否與原反應方程式完全一致。為了保證一致，也可以用原方程式減去①式，得到②式。

由①式得到負極：Zn|Zn

由②式得到正極：SO|HgSO，Hg|Pt

考慮到Zn和SO可以共存，因此，可以將負極、正極的溶液安排成一個溶液，電池設計成單液電池：Zn|Zn，SO|HgSO，Hg|Pt。

二、不包含溶液中離子的氧化還原反應

反應式本身不含有溶液中的物質，構成原電池時，究竟用什么作溶液部分須依據具體反應來安排。一般可考慮HO，H或HO，OH。

例2：將反應：Hg+PbO=HgO+Pb寫成電池符號。

反應中發生氧化反應的是Hg，得到的氧化產物是HgO，考慮到HgO為金屬氧化物，只適宜存在于堿性環境中，因此，

得到氧化半反應：Hg+2OH-2e=HgO+HO①

反應中發生還原反應的是PbO，還原產物是Pb，考慮到PbO為金屬氧化物，也只適宜存在于堿性環境中，

得到還原半反應：PbO+HO+2e=Pb+2OH②

①式+②式=原反應方程式

由①式得到負極：Pt|Hg，HgO|HO，OH

由②式得到正極：HO，OH|PbO，Pb

構成原電池：Pt|Hg，HgO|HO，OH|PbO，Pb。

例3：將反應：2H+O=2HO寫成電池符號。

考慮到H是發生氧化反應的物質，我們可以選其氧化產物H作為原電池的溶液部分，

得到氧化半反應：2H-4e=4H①

反應中發生還原反應的是O，還原產物是HO，

得到還原半反應：4H+O+4e=2HO②

①式+②式=原反應方程式

由①式得到負極：Pt，H|H

由②式得到正極：HO，H|O，Pt

構成原電池：Pt，H|HO，H|O，Pt。

解決此問題也可以用另外一種方法：

考慮到發生氧化反應的物質是H，其氧化產物為HO，

得到氧化半反應：2H+4OH-4e=4HO①

原方程式-①式，

得到還原半反應：O+2HO+4e=4OH②

由①式得到負極：Pt，H|HO，OH

由②式得到正極：HO，OH|O，Pt

構成原電池：Pt，H|HO，OH|O，Pt。

也就是說，反應：2H+O=2HO對應兩個原電池，一個是酸液電池，一個是堿液電池。

三、非氧化還原反應的反應

原電池對應的化學反應，可以是氧化還原反應，也可以不是氧化還原反應，只要兩極反應是氧化半反應、還原半反應，非氧化還原反應也可以設計成原電池。

例4：將反應AgCl+I=AgI+Cl寫成電池符號。

由以上的例子可以看出，設計電池問題，關鍵在于開始如何設計出第一個半反應式。

考慮到I不能再得電子，

用原方程式中的AgCl設計出一個還原半反應：AgCl+e=Ag+Cl①

原方程式-①式，得I-e=AgI-Ag

移項，得到氧化半反應式：Ag+I-e=AgI②

由②式得到負極：Ag，AgI|I

由①式得到正極：Cl|AgCl，Ag

考慮到I與AgCl不能接觸，否則反應AgCl+I=AgI+Cl就會直接進行，這就違背了構成原電池的原則：氧化反應和還原反應必須在不同的空間進行，電子必須通過外電路進行傳遞。因此原電池應設計為雙液電池：Ag，AgI|I‖Cl|AgCl，Ag。

由以上的分析，我們可以總結出由化學反應設計成原電池的一般步驟：

第一步：將原化學反應式分解成兩個半反應式，其中一個是氧化半反應，另一個是還原半反應。

1.若原方程式是氧化還原反應，則可根據原方程式中物質得失電子的情況寫出還原半反應、氧化半反應。兩式中必須各包含至少一種溶液中的離子。

2.若原方程式中沒有游離的離子作為構成原電池的溶液部分，則需根據原方程式中的氧化劑或還原劑確定一種合適的離子作為構成原電池的溶液部分，一般選擇HO、H或HO、OH。要注意根據原方程式中的物質選擇是用酸溶液還是用堿溶液。HO、H、OH出現在半反應式的哪一邊還應考慮半反應式的配平。

3.若原方程式不是氧化還原反應，在確定第一個半反應式時，首先一定要注意反應中哪種物質或離子不能再得或失電子，其次要注意同一物質在半反應式中和原方程式中必須出現在同一側，同時應考慮得到原方程式中右邊的產物。

4.兩個半反應式相加的結果必須與原方程式完全一致，得失電子數目相同。

第一步是設計原電池的關鍵步驟。

第二步：由氧化半反應中各物質組成負極，由還原半反應中各物質組成正極。

第三步：由正、負極構成原電池。

（1）若兩極所用溶液相同，或兩極溶液可以混合，則可組成單液電池。

（2）若兩極溶液不能混合，如兩種離子之間發生反應，或某一電極中的離子與另一電極中某一物質可能發生化學反應，則應組成雙液電池，用鹽橋連通內電路。