例談原電池電極反應的書寫技巧

〔關鍵詞〕 原電池；負極金屬；燃料電池；特殊電池；

技巧

〔中圖分類號〕 G633.8〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463（2009）06（B）—0057—01

一、負極金屬參與反應

1.析氫型（即在無強氧化性的酸性環境中，負極金屬置換出酸中的氫）

例1.將Fe和Cu用導線相連后，插入稀H2SO4中。（用Fe-Cu-H2SO4表示，下同）

解析：此電池的總反應為：Fe+2H+=Fe2++H2↑（這里可以看成是Fe與H2SO4的置換反應），繼而便可輕松得出其負極反應為：Fe-2e-=Fe2+，正極反應為：2H++2e-=H2↑。

2．吸氧型（當負極材料與電解質溶液的溶質不發生反應時，電池發生吸氧腐蝕）

例2.寫出Fe-C-NaCl或NaOH溶液的反應方程式。

解析：由于Fe不與NaCl或NaOH反應，因此，本電池的負極發生反應Fe-2e-=Fe2+，正極則為：O2+2H2O+4e-=4OH-。綜合可得它的總反應為：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2，4Fe(OH)2+O2+2H2O =4Fe(OH)3。

3．其他類型（如普通電池和新型電池）

例3.高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩定的放電電壓。高鐵電池的總反應為：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列敘述不正確的是

（ ）

A．放電時負極反應為:Zn-2e-+2OH- = Zn(OH)2

B．充電時陽極反應為: Fe(OH)3-3e-+5OH- =FeO42-+4H2O

C．放電時每轉移3 mol電子，正極有1 mol K2FeO4被氧化

D．放電時正極附近溶液的堿性增強

解析：首先我們可將總反應寫成離子方程式，然后由此離子方程式判斷，失去電子的負極，其電極反應為：Zn-2e-+2OH- = Zn(OH)2，繼而用總反應減去負極反應得到正極反應FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3 +5OH-。再由正極反應方程式可知，每轉移3mol電子， 就有1 mol FeO42-被還原，同時產生OH-， 堿性增強。而充電時此電池為電解池，陽極反應與正極相反，所以答案選C。

二、燃料電池

這類電池是以碳或鉑作電極，在負極和正極分別通入燃料和空氣或氧氣進行反應的。因此在書寫此類方程式時，最好先寫出總反應（切記不可看成“燃燒”反應），再寫電極反應，且一般都是以通入O2的一極作正極，通燃料的一極作負極。

1.在酸性或堿性電解質溶液中

例4.寫出CH4-O2-KOH（兩個電極都有用鉑電極）的反應方程式。

解析：CH4與O2反應生成的CO2再與KOH反應生成CO32-，得總反應為：CH4+ O2+2OH- = CO32-+3H2O，正極為：O2+2H2O+4e- = 4OH-。然后再由總反應減去正極反應得負極反應：CH4-8e- +10OH- = CO32- +7H2O。

2.熔融鹽作電解質的燃料電池

例5.有一種新型燃料電池，一極通入空氣，一極通入丁烷氣體，電解質是摻雜氧化釔（Y2O3）的氧化鋯（ZrO2）晶體，在熔融狀態下傳導O2-。下列對該燃料說法正確的是 （ ）

A.在熔融電解質中，O2-由負極移向正極

B.電池的總反應是：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O

C.通入空氣的一極是正極，電極反應為O2+4e- =2O2-

D.通入丁烷的一極是正極，電極反應為：C4H10+ 26e- +13O2- = 4CO2+5H2O

解析：本電池的總反應可輕松得出：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O，正極的電極反應為：O2+4e- =2O2-。再用總反應減去正極反應得負極反應為：C4H10+ 26e- +13O2- = 4CO2+5H2O。可見在正極產生O2-，負極消耗O2-，故O2-移向負極，答案應選B、C。

三、特殊環境的電池

例6.寫出Mg-Al-NaOH溶液的反應方程式。

解析：在堿性環境中，Al比Mg更容易失電子，故應以Al作負極，Mg作正極（酸性溶液中Mg作負極，Al作正極）。因此，它的總反應可看成Al與NaOH溶液的反應：2Al+2H2O+2OH- = 2AlO2- +3H2↑。分析可知在負極Al失去電子變成Al3+，再與足量OH-反應得負極反應為：Al-3e-+4OH- = AlO2- +2H2O，正極反應為：2H2O+2e-= 2OH- +H2↑。另外，從正極反應我們還可知在總反應中作氧化劑的是H2O，而不是OH-。