程序化書寫電極反應(yīng)方程式

張紅衛(wèi)

電極反應(yīng)方程式的書寫是電化學(xué)教學(xué)重點、考試熱點，從內(nèi)因來看，它涉及原電池和電解池的工作原理（氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)）；從運用來看，它是判斷電極產(chǎn)物、電解質(zhì)中離子遷移方向或濃度變化、物質(zhì)與轉(zhuǎn)移電子之間關(guān)系計算等內(nèi)容的基礎(chǔ)和關(guān)鍵；從表達(dá)來看，它蘊含守恒定律（得失電子、電荷、原子）。

本文以書寫幾種電池的電極反應(yīng)式為例，介紹書寫步驟，以期學(xué)生掌握書寫程序。

一、書寫步驟

不論是原電池的自發(fā)反應(yīng)，還是電解池的非自發(fā)反應(yīng)，它們都是氧化還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式還是離子反應(yīng)，按照下列步驟（簡稱：尋找物質(zhì)，三步配平，確定電極），可以把電極反應(yīng)式的書寫做到程序化。

1.尋找氧化劑和其對應(yīng)的還原產(chǎn)物、還原劑和其對應(yīng)的氧化產(chǎn)物（類似雙線橋分析）。

由此可見，書寫此類電極反應(yīng)式，要注意如下幾點：

①在“配電子”步驟中，電子是“得”還是“失”，既可以根據(jù)元素化合價的升降進(jìn)行確定，也可以根據(jù)電極的性質(zhì)進(jìn)行確定；電子數(shù)目要結(jié)合元素化合價升降值和其變化量綜合確定。

②在“配電荷”步驟中，要先統(tǒng)計上一步等號兩邊的電性、電量情況，例如：“-2e^-”的結(jié)果使負(fù)極電極反應(yīng)式的左邊帶2個單位正電荷；若右邊只有分子，即不帶電，則在左邊需加2個單位負(fù)電荷或右邊加2個單位正電荷。

配電荷時選用何種離子，其指導(dǎo)思想為：選用電解質(zhì)中能參與電極反應(yīng)的離子，例如，酸性溶液就選H⁺堿性溶液就選OH^-，且選用的離子可以出現(xiàn)在電極反應(yīng)式的任意一邊。其數(shù)量要根據(jù)等號兩端電量統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行確定。

③在“三步配平”時，下一步的配平是在上一步配平的基礎(chǔ)上擴充而來，所以，上一步已配平的化學(xué)計量數(shù)在下一步配平中不可更改。

④電解質(zhì)離子定向移動，除能平衡電荷，連接內(nèi)電路，形成閉合回路，還可以參與電極反應(yīng)。

（2）氧化劑、還原劑、還原產(chǎn)物、氧化產(chǎn)物中，前兩者或后兩者為相同物質(zhì)。

例2氫氧燃料電池的電極導(dǎo)電材料一般為多孔板，負(fù)極通入氫氣作燃料，正極通入氧氣作氧化劑。

電池總反應(yīng)為：

2H₂+O₂=2H₂O

寫出下列物質(zhì)為電解質(zhì)溶液時的電極反應(yīng)式。

（1）若電解質(zhì)為稀硫酸

（2）若電解質(zhì)為KOH溶液

（3）若電解質(zhì)為某氧化物，如固體氧化鋯一氧化釔（高溫時可傳導(dǎo)O^2-）

解析氫氧燃料電池是這一類型的代表。從氧化還原反應(yīng)的角度看，水既是氧化產(chǎn)物，又是還原產(chǎn)物；從電極反應(yīng)的角度看，水不可能同時在兩極生成。水到底是那一極生成的呢？

電極反應(yīng)式就是把一個完整的氧化還原反應(yīng)方程式拆寫成兩個“半反應(yīng)”，一個在正極發(fā)生還原反應(yīng)：氧化劑在指定反應(yīng)環(huán)境中生成還原產(chǎn)物；另一個在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)：還原劑在指定反應(yīng)環(huán)境中生成氧化產(chǎn)物。從物質(zhì)生成的位置來看，這四者不可能重合。但在電池反應(yīng)方程式中卻出現(xiàn)重合現(xiàn)象，顯然是有一物質(zhì)，它既是一極（令為a極）的唯一生成物又是另一極（令為b極）的反應(yīng)物之一，且兩者的量相等。兩電極反應(yīng)式相加得電池反應(yīng)方程式時，被完全抵消在電池反應(yīng)方程式中就無法體現(xiàn)。那么，在尋找電池反應(yīng)方程式中氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物時，就應(yīng)把a極的生成物（可以是離子，也可分子）在電池反應(yīng)方程式兩端同時補出來。

由此可見，書寫此類電極反應(yīng)方程式，其難點在“補物質(zhì)（微粒）”這一步。這就需學(xué)生能根據(jù)反應(yīng)原理，并結(jié)合離子共存、物質(zhì)的溶解性等知識，確定兩極生成物在指定電解質(zhì)環(huán)境中的具體形態(tài)（分子、離子），再根據(jù)原電池總反應(yīng)式中氧化劑或還原劑的物質(zhì)的量進(jìn)行相應(yīng)確定。

若上述電極反應(yīng)式兩端的物質(zhì)對調(diào)，即得氫鎳電池充電時陰陽極的電極反應(yīng)式。

從生成物的位置來看，同一電極不可能既生成氧化產(chǎn)物，又生成還原產(chǎn)物。在提供電池反應(yīng)方程式前提下，還可先寫出自認(rèn)為較易或物質(zhì)間對應(yīng)關(guān)系明確（唯一）的電極反應(yīng)式，然后，在電子守恒的基礎(chǔ)上，再與電池總反應(yīng)式相減，從而得到較難的電極反應(yīng)式。例如，在上面（2）中，Ni元素的變化關(guān)系是唯一的，那么，就可以先寫出其對應(yīng)的電極反應(yīng)式，即正極還原反應(yīng)式，然后再與電池總反應(yīng)式相減，可得負(fù)極氧化反應(yīng)式。

2.看圖（文）寫話型

這類電極反應(yīng)式的書寫，沒有現(xiàn)成的電池反應(yīng)方程式供拆寫，根據(jù)電極反應(yīng)式書寫步驟的本質(zhì)“尋找物質(zhì)、三步配平”，結(jié)合題目中的相關(guān)文字描述（由一物質(zhì)變成了另一物質(zhì)）或裝置示意圖（移向電極的是反應(yīng)物，離開電極的是生成物），此時就會發(fā)現(xiàn)看圖（文）寫話型，實際上就剩下“三步配平”的工作需要做了。

針對書寫過程，要總結(jié)的是：在選離子進(jìn)行電荷配平時，除了酸性電解質(zhì)選H⁺，堿性電解質(zhì)選OH^-之外，還可以通過文字信息，選用相應(yīng)的離子，來進(jìn)行電荷配平。常見的電池與其選用離子對應(yīng)關(guān)系見表4所示。

例4（2011年江蘇）電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制氫的裝置示意圖如圖1所示（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極）。電解時，陽極的電極反應(yīng)式為——。