程序化書寫電極反應方程式

張紅衛

電極反應方程式的書寫是電化學教學重點、考試熱點，從內因來看，它涉及原電池和電解池的工作原理（氧化還原反應、離子反應）；從運用來看，它是判斷電極產物、電解質中離子遷移方向或濃度變化、物質與轉移電子之間關系計算等內容的基礎和關鍵；從表達來看，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式為例，介紹書寫步驟，以期學生掌握書寫程序。

一、書寫步驟

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

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

由此可見，書寫此類電極反應式，要注意如下幾點：

①在“配電子”步驟中，電子是“得”還是“失”，既可以根據元素化合價的升降進行確定，也可以根據電極的性質進行確定；電子數目要結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，要先統計上一步等號兩邊的電性、電量情況，例如：“-2e^-”的結果使負極電極反應式的左邊帶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，其指導思想為：選用電解質中能參與電極反應的離子，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在電極反應式的任意一邊。其數量要根據等號兩端電量統計結果進行確定。

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

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

（2）氧化劑、還原劑、還原產物、氧化產物中，前兩者或后兩者為相同物質。

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

電池總反應為：

2H₂+O₂=2H₂O

寫出下列物質為電解質溶液時的電極反應式。

（1）若電解質為稀硫酸

（2）若電解質為KOH溶液

（3）若電解質為某氧化物，如固體氧化鋯一氧化釔（高溫時可傳導O^2-）

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

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

由此可見，書寫此類電極反應方程式，其難點在“補物質（微粒）”這一步。這就需學生能根據反應原理，并結合離子共存、物質的溶解性等知識，確定兩極生成物在指定電解質環境中的具體形態（分子、離子），再根據原電池總反應式中氧化劑或還原劑的物質的量進行相應確定。

若上述電極反應式兩端的物質對調，即得氫鎳電池充電時陰陽極的電極反應式。

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

2.看圖（文）寫話型

這類電極反應式的書寫，沒有現成的電池反應方程式供拆寫，根據電極反應式書寫步驟的本質“尋找物質、三步配平”，結合題目中的相關文字描述（由一物質變成了另一物質）或裝置示意圖（移向電極的是反應物，離開電極的是生成物），此時就會發現看圖（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，要總結的是：在選離子進行電荷配平時，除了酸性電解質選H⁺，堿性電解質選OH^-之外，還可以通過文字信息，選用相應的離子，來進行電荷配平。常見的電池與其選用離子對應關系見表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，陽極的電極反應式為——。