電化學中電極反應式書寫方法探討

摘 要：電化學是高中化學知識的重點和難點，在全國各省市每年高考的化學試題中都有出現(xiàn)。而電極反應式的書寫則是學生掌握電化學知識的“絆腳石”。學會正確書寫電極反應式，有助于學生深刻理解電化學原理。

關鍵詞：氧化還原反應；原電池；電解池；電極反應式書寫；電荷守恒；原子守恒；配平

在高中化學的教學和高考試題中，電化學占有很重要的地位。新課程改革以來的四年高考中，電化學試題均有出現(xiàn)。內(nèi)容也都有電極反應式的書寫，?？疾榈娜纾涸姵兀ǜ鞣N新型電池、燃料電池的電極反應）、電解池、電解精煉銅、電鍍池、氯堿工業(yè)；電極材料和電解質(zhì)溶液判斷；有關電解產(chǎn)物的判斷和計算等。要做好上述題型，必須掌握好電化學的原理。許多同學只是死記原理，硬背常見電極反應式，并不知其本質(zhì)，更不能靈活應用。只要試題適當改變，或稍微綜合，學生就思維混亂，最終在高考時造成了較大的失分。筆者從事高中化學教學工作多年，對電化學中電極反應式的書寫方法和規(guī)律進行一些探討。不足之處，請批評指證。

一、書寫電極反應式必須具備的知識

1. 氧化還原反應的配平方法和原則

要熟練書寫電極反應式，必須先掌握氧化還原反應的配平方法。即根據(jù)電子得失守恒原則，采用“化合價升降法”配平。包括氧化還原的化學方程式配平、離子方程式配平、缺項配平等?！盎蟽r升降法”配平一般分為三步：先配電子得失守恒，即氧化劑中得電子元素化合價降低總數(shù)等于還原劑中失電子元素化合價升高總數(shù)；再配電荷守恒，即方程式左右兩邊陰陽離子所帶的正負電荷要相等（注：此步驟是針對離子方程式而言，若是化學方程式則可以跳過此步驟）；最后配質(zhì)量守恒，即反應前后各元素原子個數(shù)相等。

2. 原電池工作原理

負極：失去電子，發(fā)生氧化反應；正極：得到電子，發(fā)生還原反應；總反應式（電池反應）= 正極反應式 + 負極反應式。

3. 電解池工作原理

陽極：失去電子，發(fā)生氧化反應；陰極：得到電子，發(fā)生還原反應。

掌握陰、陽極放電順序：

陽極放電順序：若陽極用活潑金屬（除了Pt、Au、石墨）作電極，則陽極被氧化，逐漸溶解；若陽極是惰性電極（以Pt、Au、石墨為陽極），則考慮電解質(zhì)溶液中的離子失電子，按還原性順序（S2->SO32->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子>F-）進行書寫電極反應式。

陰極放電順序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>（酸電離出的H+）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>（水電離出的H+）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。

4. 常見離子共存知識

掌握常見離子因發(fā)生氧化還原反應、復分解反應、絡合反應而不能共存的知識。

二、書寫電極反應式的一般步驟

1. 列物質(zhì)：根據(jù)電化學原理，在電極反應式左邊寫出反應物，右邊寫出生成物。

2. 標得失：根據(jù)反應前后物質(zhì)價態(tài)變化標出得失電子數(shù)目。

3. 看介質(zhì)：分析右式的生成物與電解質(zhì)溶液中的離子能否反應。若能反應，要在左式加上這種離子，將二者反應的產(chǎn)物替換第1步中的生成物寫在右式；若不會反應，就直接配下一步。

4. 配電荷：配平前后正負電荷守恒。

5. 配個數(shù)：通過觀察法配平前后質(zhì)量守恒（即原子守恒）。

三、原電池中電極反應式的書寫

例1 鉛蓄電池反應為：Pb+PbO2+2H2SO4 ■2PbSO4+2H2O。試寫出鉛蓄電池放電時的電極反應式。

解析 1. 負極反應式書寫方法

（1）列物質(zhì)：Pb →PbSO4。

說明：因為放電為原電池反應，Pb在負極反應，根據(jù)題目，對應產(chǎn)物是PbSO4。

（2）標得失：Pb -2e- →PbSO4。

說明：單質(zhì)鉛中鉛元素為0價，PbSO4中鉛元素為+2價，前后變化為失去2e-。

（3）看介質(zhì)：Pb-2e- + SO42- = PbSO4。

說明：Pb失電子，產(chǎn)生的Pb2+在H2SO4溶液中結合SO42-生成難溶于水的PbSO4。

最后觀察反應兩邊是否電荷守恒，原子守恒。故其負極反應式為：Pb-2e- + SO42- = PbSO4。

2. 正極反應式書寫方法

（1）列物質(zhì)：PbO2 →PbSO4。

說明：PbO2在正極反應，對應產(chǎn)物是PbSO4。

（2）標得失：PbO2 + 2e- →PbSO4。

說明：PbO2中鉛元素為+4價，PbSO4中鉛元素為+2價，前后變化為得到2e-。

（3）看介質(zhì)：PbO2 + 2e- + SO42- → PbSO4。

說明：PbO2得到電子，產(chǎn)生的Pb2+在H2SO4溶液中結合SO42-生成難溶于水的PbSO4。

（4）配電荷：PbO2 + 2e- + SO42-+ 4H+ →PbSO4。

說明：由（3）可知左式有4個負電荷，右式為電中性，分析電解質(zhì)為H2SO4，溶液中有H+和SO42-。要符合正負電荷守恒，必須在左式加4個H+。

（5）配個數(shù)：觀察（4）反應式兩邊，要符合原子守恒，必須在右式加上2H2O。

故其正極反應式為：PbO2 + 2e- + SO42-+ 4H+ = PbSO4

+2H2O。

四、電解中電極反應式的書寫

例2 以石墨為電極，寫出電解氯化鈉溶液的陰極反應式。

解析 陰極反應式

（1）列物質(zhì)：H+ → H2↑。

說明：石墨是惰性電極，要比較電解質(zhì)溶液中離子的氧化性。氯化鈉溶液中的離子有：Cl-、OH-、Na+、H+，陰極發(fā)生還原反應，氧化性：H+ > Na+，H+ 在陰極放電，還原產(chǎn)物為H2。

（2）標得失：2H+ + 2e- = H2↑。

說明：H+ 中氫元素為+1價，H2中氫元素為0價，前后變化為得到2e-。

（3）看介質(zhì)：產(chǎn)物不與溶液中的離子反應。

觀察電荷守恒、原子守恒，故其陰極反應式為：2H+ + 2e- = H2↑。

注意：由于H+是由水電離出來的，所以，本質(zhì)上，陰極反應分析如下：

（1）列物質(zhì)：H2O → H2↑+OH-。

說明：水電離出的H+在陰極放電，還原產(chǎn)物為H2，余下OH-。

（2）標得失：H2O+2e-→ H2↑+OH-。

說明：水中氫元素為+1價，H2中氫元素為0價，前后變化為得到2e-。

（3）看介質(zhì)：產(chǎn)物不與溶液中的離子反應。

（4）配電荷：H2O+ 2e- → H2↑+2OH-。

說明：要符合電荷守恒，OH-的系數(shù)配上2。

（5）配個數(shù)：觀察（4）反應式兩邊，要使H原子和O原子守恒，左式H2O的系數(shù)為2。

故陰極反應式要為：2H2O+2e-= H2↑+2OH-。

例3 以Pb作電極，電解質(zhì)為醋酸濃溶液，電解過程中，電解效率逐漸減弱，c（H+ ）也逐漸減小，但無沉淀產(chǎn)生，最后溶液不再導電。請寫陽極反應式。

解析 陽極反應式

（1）列物質(zhì)：Pb → Pb2+。

說明：鉛做陽極，則鉛被氧化而溶解。

（2）標得失：Pb-2e- → Pb2+。

說明：根據(jù)前后化合價變化，失去2e-。

（3）看介質(zhì)：Pb + 2CH3COOH-2e- → （CH3COO）2Pb。

說明：電解過程中，電解效率減弱且無沉淀產(chǎn)生。分析可知：Pb2+與CH3COOH 電離出的CH3COO-結合生成難電離的（CH3COO）2Pb。

（4）配電荷、配個數(shù)：根據(jù)電荷守恒、原子守恒，觀察前后，右式配上H+，且系數(shù)為2。

故陽極反應式為：Pb+2CH3COOH-2e-= （CH3COO）2Pb

+ 2H+。

通過實例，筆者探討了電化學中電極反應式的書寫規(guī)律和方法。在教學中，我們要精選題型進行針對性訓練，引導學生通過思考、總結，逐漸掌握電化學電極反應式書寫的方法。不斷提高教學效率。

參考文獻：

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