電極反應式書寫的基本流程

　　在倡導“低碳經(jīng)濟、節(jié)能高效、科學和諧發(fā)展”的社會情景下，能源問題日益受到重視，作為能量轉化的主要理論之一——電化學，無疑就成為高考命題的熱點。本文試針對電化學原理體現(xiàn)的基本方法——電極反應式，淺談其書寫的基本思路與方法。
　　一、分析池的類型，明確電極名稱
　　這是正確書寫電極反應式的前提，只有明確了池的具體類型，才能準確描述電極名稱及電極反應式的書寫。嚴格意義上講，池有兩類，即原電池與電解池。原電池反應與電解池反應互為相反過程，但不可逆。原電池屬于放電反應，是自發(fā)的氧化還原反應；電解池屬于充電反應，是非自發(fā)的氧化還原反應。原電池的電極名稱分別是正極、負極；電解池的電極名稱分別是陰極、陽極。判斷池的類型主要是看外電路上是否有電源，若有，則為電解池，否則為原電池；有時也可通過關鍵詞語“放電”或“充電”來判斷，放電的為原電池，充電的為電解池。但有時題中不明顯，則需要根據(jù)元素化合物知識分析氧化還原反應能否自發(fā)才能明確。
　　例1、如圖1所示，甲中電極材料是鋁、銅，乙中電極材料是銅、鉑。當線路接通時，甲、乙分別是什么裝置？
　　 分析：甲中鋁能與電解質溶液硫酸銅反應，而乙中的銅、鉑均不能與電解質溶液硫酸反應，故甲裝置為原電池、乙裝置為電解池。
　　二、看清題設要求，快速判斷電極
　　在許多電化學問題中，并不一定要求將電極反應式都書寫出來，因此只有快速正確地判斷出兩極，才能寫出符合要求的電極反應式，否則就易出現(xiàn)錯誤。
　　1.原電池正、負兩極的判斷
　　原電池一般是由正負電極、電解液、閉合電路來組成的。工作時，電解質溶液為內(nèi)電路；電子經(jīng)外電路從負極流向正極，故還原劑在負極上失電子，發(fā)生氧化反應；氧化劑在正極上得電子，發(fā)生還原反應。
　　例2、銅鋅原電池（如圖2）工作時，下列敘述正確的是（）。
　　A. 正極反應為：Zn-2e-=Zn2+
　　B. 銅鋅兩電極都變細
　　C. 在外電路中，電子從負極流向正極
　　D. 鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液
　　分析：本題解答的關鍵是判斷出正負極。根據(jù)圖示可知Zn為負極、銅為正極，故鋅失去電子變細，銅離子在銅電極上得電子析出銅導致銅電極變粗；在外電路中，電子從負極流向正極；內(nèi)電路鹽橋中的K+移向正極區(qū)中的CuSO4溶液。答案為C。
　　由上例可知，正、負電極的判斷方法有：（1）從電極材料的性質角度分析：一般來說，易與電解質溶液反應的電極為負極，不（或難）反應的電極為正極。如鎂、鋁電極在稀硫酸溶液中構成原電池，盡管鎂、鋁都能與稀硫酸反應，但鎂更容易，故鎂為負極；若鎂、鋁電極在氫氧化鈉溶液中形成原電池，由于鋁能與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應，而鎂不能，故鋁為負極、鎂為正極。（2）從外電路的電子流向分析：電子流出的一極為負極，電子流入的一極為正極。（3）從電解液中的離子移向分析：陽離子移近的一極為正極，陰離子移近的一極為負極。（4）從電極反應的類型分析：發(fā)生氧化反應的一極為負極，發(fā)生還原反應的一極為正極。（5）從反應現(xiàn)象分析。如，電極質量增加時，即溶液中的陽離子在該電極得電子析出，故該電極為正極；否則，該電極為負極。再如，若電極上有氣體放出時，則通常是溶液中的氫離子得電子產(chǎn)生氫氣，故該電極為正極。
　　2.電解池陰、陽兩極的判斷
　　電解池反應一般由電源、陰陽兩極、電解液、閉合電路來組成。工作時，電解質溶液為外電路；陽極上發(fā)生氧化反應，失電子，故還原劑在陽極上反應；陰極上發(fā)生還原反應，得電子，故氧化劑在陰極上反應。
　　例3、Cu2O是一種半導體材料，基于綠色化學理念設計的制取Cu2O的電解池示意圖如圖3所示，電解總反應：2Cu+H2O=Cu2O+H2↑。下列說法正確的是（ ）。
　　A．石墨電極上產(chǎn)生氫氣
　　B．銅電極發(fā)生還原反應
　　C．直流電源的b端為負極
　　D．溶液中的氫氧根離子移向石墨電極
　　分析：本題解答的關鍵是陰陽極的判斷。依據(jù)元素化合價的變化不難判斷出總反應中的銅為還原劑，故Cu作陽極、石墨作陰極，進而知電源b端為正極、a端為負極；電解質溶液中的H+移向陰極，并得電子產(chǎn)生H2。答案為A。
　　由上例可知，陰、陽極判斷方法有：（1）從外加電源的兩極分析：與電源正極相連的一極是陽極，與電源負極相連的一極是陰極。（2）從導線的電子流向分析：流出電子的一極為陽極，流入電子的一極為陰極。（3）從電解液中離子的移向分析：陽離子移近的一極為陰極，陰離子移近的一極為陽極。（4）從電極反應類型分析：發(fā)生氧化反應的一極是陽極，發(fā)生還原反應的一極是陰極。（5）從反應現(xiàn)象分析：如質量增加的電極為陰極（溶液中的陽離子在該電極得電子析出），否則為陽極，等等。
　　三、分析反應原理，注意影響因素
　　無論是原電池反應還是電解池反應，只要善于從化合價角度分析，就不難找出氧化劑與還原產(chǎn)物、還原劑與氧化產(chǎn)物。在原電池中，產(chǎn)物的實際存在形式往往又受溶液酸堿性的影響，但元素的價態(tài)不會發(fā)生改變。如常見的燃料電池中，無論是酸式還是堿式，氧氣都是氧化劑，得電子變?yōu)?2價氧離子，電解液若為酸溶液時，O2-以H2O形式存在；若為中性或堿性時，O2-以OH-形式存在；若為熔融的氧化物時以O2-存在；若為熔融的碳酸鹽時O2-以CO32-形式存在，等等。在電解池中，由于陽極材料的活性不同而導致氧化反應的不同，若陽極為活性時則電極本身優(yōu)先失電子變?yōu)殛栯x子；若陽極為（石墨、金、鉑等）惰性時則溶液中的陰離子才有放電機會，其放電順序一般為S2- >SO32-> I- > Br- > Cl- > OH- >含氧酸根離子> F-(OH-以后的都不在水溶液中放電) 。
　　四、遵循兩個守恒，規(guī)范書寫
　　電極反應是氧化劑與還原劑分別發(fā)生的反應，故氧化劑與還原劑是不能同時出現(xiàn)在同一電極反應式的。在明確氧化劑與還原產(chǎn)物（或還原劑與氧化產(chǎn)物）的前提下，依據(jù)元素化合價的變化值推出得或失電子數(shù)目，然后根據(jù)電荷守恒添加電解質溶液中的離子種類，最后再根據(jù)原子守恒配平其他原子即可。
　　例4、高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應式為：
　　3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O
　　下列敘述不正確的是（）。
　　A．放電時負極反應為：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
　　B．充電時陽極反應為：Fe(OH)3-3e-+5OH-=FeO42-+4H2O
　　C．放電時每轉移3 mol電子，正極有1mol K2FeO4被氧化
　　D．放電時正極附近溶液的堿性增強
　　分析：本題是原電池與電解池相融合，主要考查電極反應式的書寫知識。根據(jù)“放電”“充電” 知逆反應為原電池反應、正反應為電解池反應。放電時，由價態(tài)變化可知正極上發(fā)生FeO42-+3e-→Fe(OH)3，然后根據(jù)電解液呈堿性及遵循電荷守恒可得FeO42-+3e-→Fe(OH)3+5OH-，最后根據(jù)原子守恒可得FeO42-+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-。同理放電時可知負極上的反應為Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2。答案為C。
　　例5、如圖4所示裝置，兩玻璃管中盛滿滴有酚酞溶液的氯化鈉飽和溶液，C（Ⅰ）、C（Ⅱ）為多孔石墨電極。接通S1后，C（Ⅰ）附近溶液變紅，兩玻璃管中有氣體生成，此時C（Ⅰ）的電極反應式為_