原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法

郭小明

摘要：原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)歷來(lái)是高考中的熱點(diǎn)話題，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)一直是一大難點(diǎn)，如何較輕松的解決這一難點(diǎn)，關(guān)鍵是掌握電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法。

關(guān)鍵詞：原電池電極反應(yīng)式；書(shū)寫(xiě)方法

原電池的構(gòu)成條件之一就是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，根據(jù)原電池原理可知，原電池的電極反應(yīng)就是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，負(fù)極失電子、化合價(jià)升高、發(fā)生氧化反應(yīng)；正極得電子、化合價(jià)降低、發(fā)生還原反應(yīng)。據(jù)此判斷正、負(fù)極，再結(jié)合反應(yīng)環(huán)境，便可得到兩極反應(yīng)。就原電池的電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)做以下幾方面總結(jié)：

一、有金屬電極參與反應(yīng)的原電池

此類(lèi)電池分為三種情況，分別為兩電極均與電解質(zhì)溶液反應(yīng)、某一電極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)、兩電極均不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)。

（1）兩電極均與電解質(zhì)溶液反應(yīng)：相對(duì)較活潑的金屬做負(fù)極，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；相對(duì)較不活潑的金屬做正極，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。

如：Mg、Al、稀硫酸構(gòu)成的原電池，Mg、Al均與稀硫酸反應(yīng)，但在酸性環(huán)境中Mg 比 Al活潑，所以Mg做負(fù)極，Al做正極，電極反應(yīng)式分別為：

負(fù)極：Mg2e = Mg2+；

正極：2H+ + 2e = H2↑；

總反應(yīng)式：Mg + 2H+ = Mg2+ + H2↑ 。

（2）某一電極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)：誰(shuí)反應(yīng)誰(shuí)做負(fù)極，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；不反應(yīng)的做正極，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。

如：Mg、Al、NaOH溶液構(gòu)成的原電池，Al與NaOH溶液反應(yīng)，在堿性環(huán)境中Al 比 Mg活潑，所以Al做負(fù)極，Mg做正極，電極反應(yīng)式分別為：

負(fù)極：2Al6e-+ 8OH= 2AlO2 + 4H2O

正極：6H2O + 6e- = 3H2↑+ 6OH

總反應(yīng)式：2Al + 6H2O + 2OH = 2AlO2 + 4H2O + 3H2↑

再如：常溫下Fe、Cu、濃HNO3溶液構(gòu)成的原電池也是如此。

（3）兩電極均不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)：相對(duì)較活潑的金屬做負(fù)極，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；相對(duì)較不活潑的金屬（或非金屬）做正極，氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng)（即正極發(fā)生吸氧腐蝕）。

如：Fe、C、NaCl溶液構(gòu)成的原電池：Fe、C與NaCl溶液均不反應(yīng)，F(xiàn)e比C活潑，F(xiàn)e做負(fù)極，C做正極，電極反應(yīng)式分別為：

負(fù)極：2Fe4e-= 2Fe2+

正極：O2 + 4e + 2H2O = 4OH

總反應(yīng)式：2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe（OH）2

再如：Cu、Ag、稀硫酸構(gòu)成的原電池：Cu、Ag均不與稀硫酸反應(yīng)，Cu比Ag活潑，Cu做負(fù)極，Ag做正極，電極反應(yīng)式分別為：

負(fù)極：2Cu4e-= 2Cu2+

正極：O2 + 4e + 4H+ = 2H2O

總反應(yīng)式：2Cu + O2 + 4H+ = 2Cu2+ + 2H2O

注意：吸氧腐蝕的正極反應(yīng)式，在堿性或中性條件下生成OH，在酸性條件下生成水。

二、燃料電池

燃料電池一般是可燃性物質(zhì)與氧氣及電解質(zhì)溶液共同組成的原電池，雖然可燃性物質(zhì)與氧氣在不同的電極參與反應(yīng)，但其總反應(yīng)方程式相當(dāng)于可燃物在氧氣中燃燒。但由于涉及電解質(zhì)溶液，因此燃燒產(chǎn)物可能還要與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，再寫(xiě)出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的方程式，從而得到總反應(yīng)方程式。正極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)比較容易，學(xué)生書(shū)寫(xiě)困難的是負(fù)極反應(yīng)式，可用下列方法得到。

如：甲烷燃料電池的總反應(yīng)為：

酸性條件下：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

堿性條件下：CH4 + 2O2 + 2OH = CO32 + 3H2O

O2做正極，正極的電極反應(yīng)式為：

酸性條件下：O2 + 4e + 4H+ = 2H2O

堿性條件下：O2 + 4e + 2H2O = 4OH_

此時(shí)負(fù)極的反應(yīng)式就可以由總反應(yīng)方程式減去正極的電極反應(yīng)式得到（注意：要將方程式中的氧氣抵消掉）。即：

酸性條件下：負(fù)極：（CH4 + 2O2）（2O2 + 8e + 8H+）=（CO2 + 2H2O）4H2O

可得：CH48e + 2H2O = CO2 + 8H+

堿性條件下：負(fù)極：（CH4 + 2O2 + 2OH）（2O2 + 8e + 4H2O）=（CO32 + 3H2O）8OH_

可得：CH48e + 10OH = CO32 + 7H2O

此外，我們還可以根據(jù)氧化還原反應(yīng)中元素的化合價(jià)變化，再依據(jù)電荷守恒和元素守恒直接書(shū)寫(xiě)負(fù)極電極反應(yīng)式。

如：在酸性條件下，甲烷燃料電池的負(fù)極產(chǎn)物是CO2和H+，CH4中C元素的化合價(jià)為4價(jià)，H元素的化合價(jià)為+1價(jià)，反應(yīng)前后H元素的化合價(jià)沒(méi)有變化，C元素的化合價(jià)從4價(jià)升高到+4價(jià)，化合價(jià)升高8，從而可得：CH48e = CO2 + H+，再根據(jù)電荷守恒，反應(yīng)式左邊帶8個(gè)單位的正電荷，右邊應(yīng)生成8H+，再依據(jù)元素守恒，左邊再加2個(gè)H2O，從而可得負(fù)極反應(yīng)式：CH48e + 2H2O = CO2 + 8H+。

在堿性條件下，甲烷燃料電池的負(fù)極產(chǎn)物是CO32和H2O，元素化合價(jià)變化與酸性條件相同，從而可得：CH48e = CO32 + H2O，再根據(jù)電荷守恒，反應(yīng)式左邊帶8個(gè)單位的正電荷，右邊應(yīng)生成物帶2個(gè)單位的負(fù)電荷，左邊再加10OH，再依據(jù)元素守恒，右邊H2O的計(jì)量數(shù)為7，從而可得負(fù)極反應(yīng)式：CH48e + 10OH = CO32 + 7H2O。

根據(jù)以上兩種方法同樣可以書(shū)寫(xiě)熔融鹽和熔融氧化物作為電解質(zhì)的電極反應(yīng)式。

三、已知總反應(yīng)的電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)

根據(jù)原電池的原理，負(fù)極失電子、價(jià)升高、發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子、價(jià)降低、發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此首先判斷正、負(fù)極，再結(jié)合反應(yīng)環(huán)境的酸堿性，利用電荷守恒和元素守恒，便可得到兩極反應(yīng)。

如：銀鋅紐扣電池的總反應(yīng)為：Ag2O + Zn = ZnO + 2Ag，化合價(jià)發(fā)生變化的元素分別為Ag和Zn，Ag元素的化合價(jià)由+1價(jià)降低為0價(jià)，Ag2O為正極，Zn元素的化合價(jià)由0價(jià)升高為+2價(jià)，Zn為負(fù)極，通過(guò)總反應(yīng)可以判斷此電池為堿性電池，正極反應(yīng)首先寫(xiě)出：Ag2O + 2e = 2Ag，根據(jù)電荷守恒，左邊帶兩個(gè)單位的負(fù)電荷，右邊不帶電，堿性條件下，右邊應(yīng)該添加2OH，再根據(jù)元素守恒，左邊添加H2O，可得反應(yīng)式為：Ag2O + 2e + H2O = 2Ag + 2OH，同理可書(shū)寫(xiě)負(fù)極反應(yīng)式為：Zn – 2e + 2OH = ZnO + H2O

鉛蓄電池的總反應(yīng)式為：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O，首先找出化合價(jià)發(fā)生變化的元素只有Pb，分別為0 → +2，+4 → +2，然后確定Pb為原電池的負(fù)極，PbO2為原電池的正極，最后根據(jù)反應(yīng)環(huán)境、電荷守恒、元素守恒可書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式。

負(fù)極：Pb2e + SO42 = PbSO4

正極：PbO2 + 2e + SO42 + 4H+ = PbSO4 + 2H2O

此外，還可以利用總反應(yīng)式減去某一極反應(yīng)式的方法寫(xiě)出另一極反應(yīng)式。

總之，原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)要重方法勤練習(xí)，難點(diǎn)就會(huì)變成得分點(diǎn)。