介質對原電池電極反應方程式書寫的影響

萬旭峰

【摘 要】 原電池是由兩根電極和電解質溶液（即介質）組成。其電極反應除了與電極材料本身的性質有關外，還與電解質溶液的性質有關。

【關 鍵 詞】 介質；電解質溶液；電極反應式

原電池是由兩根電極和電解質溶液（即介質）組成。其電極反應除了與電極材料本身的性質有關外，還與電解質溶液的性質有關。有的原電池放電時的總反應方程式相同，但電池中的電解質不同，其電極反應就不同。學生對不同電解質時，電極方程式的書寫容易出錯，尤其遇到陌生電解質類題目時往往無從下手。因此在原電池原理及應用的教學過程中應特別予以注意。下面就介質對電極反應方程式書寫的影響進行小結。

一、影響電極反應方程式的書寫

例1 甲烷燃料電池中，如分別以下列四種電解質中構成原電池，書寫電極反應方程式與總反應方程式。

（1）H2SO4溶液

（2）NaOH溶液

（3）ZrO2、Y2O3固體（高溫下能傳導O2-）

（4）熔融的K2CO3（正極通入的O2中混有CO2）。

解：（1）酸性條件：加H+使進行電荷守恒。

正極：2O2+8H++8e-=4H2O

負極：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+

總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O

（2）堿性條件：加OH-使進行電荷守恒。

正極：2O2+4H2O+8e-=8OH-

負極：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O

總反應式：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O

（3）固體電解質：加CO32-使進行電荷守恒。

正極：2O2+8e-=4O2-

負極：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O

總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O

（4）熔融碳酸鹽：加O2-使進行電荷守恒。

正極：2O2+4CO2+8e-=4CO32-

負極：CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O

總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O

注意點：

1. 碳元素在酸性、中性環境中生成CO2，而在堿性環境中生成CO32-。

2. 主要是三步法書時電荷守恒中，不同的介質要加不同的離子。

二、影響電池的正負極

例2 以鎂和鋁為兩極，分別在稀硫酸和氫氧化鈉溶液中構成原電池，書寫電極反應方程式與總反應方程式。

解：（1）酸性條件

負極：Mg-2e-=Mg2+

正極：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-

總反應式：Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑

（2）堿性條件

正極：2H++2e-=H2↑

負極：2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O

總反應式：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3O2↑

三、影響電池反應的方向

例3 根據可逆反應：

AsO43-+2I-+2H+？葑AsO33-+I2+H2O，設計如圖所示實驗裝置。B燒杯中裝有Na3AsO3和Na3AsO4溶液，A燒杯中裝有I2和KI溶液。兩燒杯中用鹽橋相連，兩電極均為惰性電極。進行如下操作：

①向A溶液中逐滴加入濃HCl，發現電流計指針發生偏轉；

②若改向B溶液中滴加40%的NaOH溶液，發現電流計指針向相反方向偏轉。

寫出兩操作中電極反應方程式。

解析：對于平衡：AsO43-+2I-+2H+？葑AsO33-+I2+H2O，操作①中加入HCl，使平衡正向移動，I-失電子，故C1作負極，C2作正極；操作②滴加NaOH溶液使平衡逆向移動，I2得電子，故C1作正極，C2作負極。

操作①：向A溶液中逐滴加入濃HCl：

正極：AsO43-+2e-+2H+=AsO33-+H2O

負極：2I--2e-=I2

總反應式：AsO43-+2I-+2H+？葑AsO33-+I2+H2O

操作②：向B溶液中逐滴加40%的NaOH溶液：

正極：I2+2e-=2I-

負極：AsO33--2e-+2OH-=AsO43-+H2O

總反應式：AsO33-+I2+2OH-？葑AsO43-+2I-+H2O

從化學平衡移動的角度分析，明確電解質的不同發生的電池反應不同是解答本題的關鍵。

總之，在書寫原電池電極反應式時，要注意不同介質對原電池電極反應的影響，應用氧化還原、化學平衡原理進行分析，再用不同的離子來進行電荷守恒，就能正確地解決這類問題。

【參考文獻】

[1] 管愛國. 例談介質對原電池電極反應的影響[J]. 中學理科，2002（8）.

[2] 高小霞. 電分析化學導論[M]. 北京：科學出版社，2010.