談電解池電極反應式和總反應方程式的書寫

楊立根

（江蘇省泰州中學江蘇泰州225300）

談電解池電極反應式和總反應方程式的書寫

楊立根

（江蘇省泰州中學江蘇泰州225300）

文章力圖通過對電解池中H+和OH-電極反應式的書寫要求的說明以及電解反應方程式書寫方法的闡述，說明電解與氧化還原反應之間的內(nèi)在聯(lián)系以及電解內(nèi)容在教學過程中的準確定位。

電解池；電極反應式；電解反應方程式

人教版在講述電解原理的應用——“電解飽和食鹽水制燒堿、氯氣和氫氣”的內(nèi)容時，關(guān)于電解NaCl溶液的陰極反應式表述為：2H++2e-=H2↑……①。很多人認為人教版的這種寫法欠妥當，認為正確的電極反應式應為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-……②。持這種觀點的人主要理由有兩點：1.電極反應式是氧化還原反應的半反應，陰陽兩極反應式疊加應得到總反應的離子方程式，上述①式疊加得不到總反應的離子方程式；2.電極反應式書寫應遵循離子方程式的一般規(guī)律，根據(jù)離子方程式書寫原則，弱電解質(zhì)在電極反應式中應寫化學式，上述陰極放電的H+來自于水的電離，因此應按②式書寫。

應該說，上述觀點是有一定的道理的，不過，人教版新教材自新課改實施以來多次再版，教材在再版時在很多地方都采納了廣大讀者的意見，作了修改，但是，關(guān)于電解食鹽水陰極電極反應式一直采用的是①式。筆者認為人教版在此處堅持使用①式是恰當?shù)模腔趯﹄娊鈨?nèi)容的要求的準確定位和電解反應的深刻認識。下面通過有關(guān)電極反應式和電解反應的書寫來具體說明這一點。

一、電解時關(guān)于H+和OH-放電的電極反應式書寫

筆者經(jīng)過多年的教學實踐發(fā)現(xiàn)在關(guān)于電解池電極反應式書寫時凡是涉及到溶液中H+和OH-放電，不論是來自水的電離還是強酸、強堿的電離，按人教版處理方法，不僅可以極大降低書寫難度，減輕學生學習的負擔，同時也不會影響學生對電解本質(zhì)的認識。例如，以石墨為電極電解CuSO4溶液（以下所舉電解事例不作說明都以石墨為電極）或者電解NaOH溶液，陽極電極反應式都可直接寫作：4OH—-4e-=O2↑+2H2O；電解NaCl溶液、MgCl2溶液、H2SO4溶液陰極電極反應式都可直接寫作上述①式。如果不進行簡化，在書寫電解NaCl溶液、MgCl2溶液、H2SO4溶液三種溶液陰極電極反應式分別為2H2O+2e-=H2↑+2OH-……②式、2H2O+ 2e-+Mg2+=H2↑+Mg（OH）2↓、2H++2e-=H2↑……①式。其實電解上述三種溶液在陰極本質(zhì)上都是H+放電，因此，電極反應式①完全可以說明上述電解的本質(zhì)。

二、陽極為惰性電極的電解方程式的書寫

如果按上述方法書寫H+和OH-放電時電極反應式，通過陰陽兩極電極反應式疊加有時就得不到總反應方程式，是否說明上述寫法欠妥呢？這其實也是一種認識誤區(qū)，因為總反應式書寫和電極反應式書寫完全可以獨立開來，總反應方程式的書寫并不必須要通過電極反應式疊加得到。

關(guān)于電解總反應方程式的書寫，可按如下步驟進行書寫（以石墨電極為例，下同）：

第一步，根據(jù)陰陽兩極放電的離子確定反應物。

1.如果陰極是H+放電，陽極是OH-放電，不論H+和OH-離子來源于H2O的電離還是強電解質(zhì)的電離，電解的實質(zhì)一定是電解水。電解的方程式就是水的分解反應：這樣的溶液常見的有：含氧酸溶液如H2SO4溶液、強堿溶液如NaOH溶液、活潑金屬的含氧酸鹽溶液如Na2SO4溶液等。

2.如果陰陽兩極放電的離子同時來自于電解質(zhì)的電離，則電解的實質(zhì)就是電解電解質(zhì)，電解的方程式是電解質(zhì)的分解反應。這樣的溶液常見的有：無氧酸溶液，如鹽酸溶液電解的化學方程式為+Cl2↑、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液，如CuCl2溶液電解的化學方程式為

3.如果陰陽兩極放電的離子分別來自于電解質(zhì)和水的電離，則電解的實質(zhì)是電解水和電解質(zhì)，電解的反應物是水和電解質(zhì)。以電解NaCl溶液為例，陽極放電的Cl-來自于NaCl，陰極放電的H+來自于H2O，對于電解質(zhì)和水都參與的反應，電解方程式的書寫相對于僅僅水或者僅僅電解質(zhì)參加的反應要復雜，需要進入第二步。

第二步，根據(jù)陰陽兩極放電離子確定產(chǎn)物。產(chǎn)物包括氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物以及非氧化還原產(chǎn)物。上述電解食鹽水陽極Cl-放電，氧化產(chǎn)物為Cl2，陰極H+放電，還原產(chǎn)物為H2，在陰極水電離的H+放電，促進了水的電離，生成的OH-與Na+結(jié)合生成NaOH。

第三步，寫出反應物和產(chǎn)物。

表示上述電解NaCl溶液反應物和產(chǎn)物的式子為：NaCl+H2O—NaOH+Cl2↑+H2↑。

第四步，進行氧化還原反應方程式的配平。

電解發(fā)生的化學反應通常都是非自發(fā)進行的氧化還原反應，因此，配平之前一定要注明反應條件“電解”或“通電”。對于電解反應，根據(jù)生成的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物轉(zhuǎn)移電子守恒，進行逆向配平更快速。如上述電解食鹽水反應，Cl2是氧化產(chǎn)物，H2是還原產(chǎn)物，根據(jù)電子守恒可迅速確定Cl2和H2前面的系數(shù)均為1，再由原子守恒可快速配平反應方程式：2NaCl+2H2O =電解2NaOH+Cl2↑+H2↑。

三、電解離子方程式的書寫

電解離子方程式可由電解總反應方程式改寫，改寫的要求要遵循離子方程式的一般要求。上述電解NaCl溶液的離子方程式為：2Cl-+2H2O=電解2OH-+Cl2↑+H2↑。

電解的離子方程式也可以直接寫，其書寫步驟和電解化學方程式書寫步驟一致。下面以電解CuSO4溶液的離子方程式書寫為例說明。

1.確定反應物。根據(jù)陰陽兩極離子放電順序可知，電解CuSO4溶液陰極放電的是Cu2+，Cu2+來自于強電解質(zhì)CuSO4，因此，離子方程式中直接寫Cu2+，陽極是OH-放電，OH-來自于弱電解質(zhì)H2O，因此，離子方程式中應寫H2O。

2.確定產(chǎn)物。陰極Cu2+還原產(chǎn)物為單質(zhì)Cu，陽極OH-的氧化產(chǎn)物為O2，在陽極水電離的OH-放電，促進了水的電離生成了H+。

4.注明反應條件，并進行氧化還原反應配平，根據(jù)Cu和O2轉(zhuǎn)移電子守恒可知Cu前面的系數(shù)為2，O2前面的系數(shù)為1，再根據(jù)原子守恒和電荷守恒可快速配平方程式為：2Cu2++2H2O=電解2Cu+O2↑+4H+。

四、陽極為活性電極時電極反應和總反應的書寫

分析電解反應時，首先要分析陽極材料，如果陽極材料是活性電極（如Cu、Ag等），在陽極發(fā)生氧化反應的是陽極材料自身，溶液中的陰離子不放電。此時，陽極電極反應就是陽極材料自身氧化的電極反應，電解的總反應、離子反應書寫步驟與陽極為惰性電極電解書寫相同。請看下面兩例：

例1.以Cu為電極電解H2SO4溶液

陽極參加反應的物質(zhì)為Cu，陽極電極反應：Cu-2e-=Cu2+，陰極放電的H+來自于H2SO4，，還原產(chǎn)物為H2，因此，參加反應的物質(zhì)為Cu和H2SO4，生成物為CuSO4和H2，電解的總反應為：

Cu+H2SO4=電解CuSO4+H2↑

例2.以Cu為電極電解NaCl溶液

陽極Cu放電，陰極放電的H+來自于H2O，因此，參加反應的物質(zhì)是Cu和H2O，陰極產(chǎn)物除了有H2還有OH-，OH-在化學方程式中與Cu2+結(jié)合以Cu（OH）2形式存在，電解的總反應方程式為：Cu+2H2O=電解Cu（OH）2+H2↑。

結(jié)論：電解的內(nèi)容是氧化還原反應在生成和生活中的具體應用，電極反應和電解總反應的書寫都與氧化還原反應原理緊密聯(lián)系。通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，人教版關(guān)于電解時H+電極反應的書寫，目的是要求學生從本質(zhì)上理解電解的實質(zhì)，并引導學生從氧化還原反應的角度去理解和掌握常見電解總反應，避免通過電極反應簡單疊加這種機械的、形而上學的教學，人為增加學習難度，增加學生負擔。

1008-0546（2013）06-0054-02

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.06.023