原電池電極反應(yīng)的書寫技巧

何禮奎

書寫原電池的電極反應(yīng)式是原電池教學(xué)的重要內(nèi)容，又是化學(xué)試題命題的一個(gè)熱點(diǎn)，也是學(xué)生感到疑惑、難度較大的知識(shí)點(diǎn)。分析和書寫電極反應(yīng)式是對(duì)原電池原理認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深化和發(fā)展，能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)原電池原理的掌握。

一、判斷原電池電極（正極、負(fù)極）的依據(jù)

1.多數(shù)情況下不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體材料做正極，活潑金屬做負(fù)極；

2.電子流入的極為正極，電子流出的極為負(fù)極；

3.電流方向由正極流向負(fù)極；

4.發(fā)生還原反應(yīng)的為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極；

5.從電極上發(fā)生的現(xiàn)象可以確定，電極增重或產(chǎn)生氣體的為正極，電極減輕的為負(fù)極。

二、書寫原電池電極反應(yīng)式的方法

1.雙線橋法

原電池反應(yīng)是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，根據(jù)所給條件，寫出原電池反應(yīng)的離子方程式。分析化合價(jià)變化，還原劑為負(fù)極的反應(yīng)物，氧化劑為正極的反應(yīng)物，確定對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式。負(fù)極：還原劑-ne-=氧化產(chǎn)物（氧化反應(yīng)）；正極：氧化劑+ne-=還原產(chǎn)物（還原反應(yīng)）。

2.運(yùn)算法

依據(jù)條件寫出原電池反應(yīng)的離子方程式和其中一個(gè)較為簡(jiǎn)單的電極反應(yīng)式；另一個(gè)復(fù)雜的電極反應(yīng)式等于原電池的離子反應(yīng)方程式減去其中簡(jiǎn)單的電極反應(yīng)式。結(jié)合反應(yīng)的環(huán)境，依據(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒、得失電子守恒來配平電極反應(yīng)式。電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中，應(yīng)能穩(wěn)定存在。溶液中不存在O2-，在酸性溶液中它與H+結(jié)合成H2O，在堿性溶液中它與H2O結(jié)合成OH-。

堿性介質(zhì)中生成的H+結(jié)合OH-生成水。+4價(jià)的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32-存在。書寫電極反應(yīng)式需要根據(jù)實(shí)際反應(yīng)環(huán)境熟練應(yīng)用這些規(guī)律。

三、電極反應(yīng)的類型

1.簡(jiǎn)單原電池的電極反應(yīng)

例1.鋅片、銅片與硫酸銅溶液構(gòu)成原電池（如圖），寫出電極與總反應(yīng)式。

解析：?jiǎn)我涸姵睾碗p液原電池，原理相同，這種原電池屬于簡(jiǎn)單原電池。原電池反應(yīng)的離子方程式為■，利用雙線橋法，寫出正、負(fù)極反應(yīng)式。Zn片為負(fù)極失去電子生成Zn2+。Cu片為正極，溶液中Cu2+得到電子生成Cu。即負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+；正極：Cu2++2e-=Cu。

2.復(fù)雜原電池的電極反應(yīng)

例2.人工光合作用能夠借助太陽(yáng)能，用CO2和H2O制備化學(xué)原料。下圖是通過人工光合作用制備HCOOH的原理示意圖，下列說法不正確的是（ ）

A.該過程是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程

B.催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，有O2產(chǎn)生

C.催化劑a附近酸性減弱，催化劑b附近酸性增強(qiáng)

D.催化劑b表面的反應(yīng)是CO2+2H++2e-=HCOOH

解析：根據(jù)題給信息和反應(yīng)特點(diǎn)，該電池中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO2+2H2O=2HCOOH+O2↑；故其將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為了化學(xué)能，A正確；氫離子的轉(zhuǎn)移方向和電子轉(zhuǎn)移的方向說明，催化劑a為負(fù)極，其表面發(fā)生的反應(yīng)為：2H2O-4e-=4H++O2↑，氧元素化合價(jià)升高被氧化，B正確；催化劑a表面產(chǎn)生氫離子，酸性增強(qiáng)，C錯(cuò)誤；催化劑b為正極，其表面發(fā)生的反應(yīng)為：CO2+2H++2e-=HCOOH，D正確。答案為C。

3.燃料電池的電極反應(yīng)

燃料電池正極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是O2，電解質(zhì)溶液有四種情況，正極反應(yīng)式有四種寫法。

（1）熔融固體氧化物電解質(zhì)（高溫下能傳到O2-），正極：O2+4e-=2O2-；

（2）酸性電解質(zhì)溶液，聯(lián)系反應(yīng)Na2O+2HCl=2NaCl+H2O，正極：O2+4e-+4H+=2H2O；

（3）堿性電解質(zhì)溶液，聯(lián)系反應(yīng)Na2O+H2O=2NaOH，正極：O2+4e-+2H2O=4OH-

（4）熔融碳酸鹽電解質(zhì)，聯(lián)系反應(yīng)Na2O+CO2=Na2CO3，正極：O2+4e-+2CO2=2CO32-。

分別寫出燃料電池的離子反應(yīng)方程式和正極反應(yīng)式，而負(fù)極反應(yīng)式用燃料電池的離子反應(yīng)方程式減去正極反應(yīng)式得到。

例3.燃料電池（如圖），電解質(zhì)為KOH，在兩極分別通入CH3OH和O2，有關(guān)此電池判斷正確的是（ ）

A.正極反應(yīng)式：2CH3OH+2H2O-

12e-=2CO2↑+12H+

B.放電一段時(shí)間后，負(fù)極的PH值升高

C.放電一段時(shí)間，陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)，陰離子向正極移動(dòng)

D.該電池在工作時(shí)，每消耗32gCH3OH，外電路中通過6mole-

解析：堿性環(huán)境下，O2在正極反應(yīng)：3O2+6H2O+12e-=12OH-，A錯(cuò)誤；燃料電池的反應(yīng)式為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，減去正極反應(yīng)式3O2+6H2O+12e-=12OH-，得到負(fù)極反應(yīng)2CH3OH-

12e-+16OH-=2CO32-+12H2O，負(fù)極區(qū)PH值下降，B錯(cuò)誤；原電池放電時(shí)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，C錯(cuò)誤；負(fù)極：

2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O，32gCH3OH為1mol，轉(zhuǎn)移電

子6mol，D正確。答案為D。

參考文獻(xiàn)：

彭以勇，淺析原電池電極反應(yīng)式的書寫及應(yīng)用[J].理科考試研究，2013（7）.