例談電極反應(yīng)的書寫

王在輝

摘 要：從近幾年高考來看，電化學(xué)知識穩(wěn)中有變，其中能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式是我們解決很多電化學(xué)問題的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。不論是原電池，還是電解池中，其本質(zhì)都是發(fā)生氧化還原反應(yīng)。因此要重視基本電極反應(yīng)方程式書寫的訓(xùn)練。筆者通過例題解析來談?wù)勲姌O反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式的書寫。

關(guān)鍵詞：原電池；電解池；電極反應(yīng)式

中圖分類號：G622 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2016）06-260-02

一、原電池

原電池的化學(xué)反應(yīng)原理是氧化還原反應(yīng)，負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)。

例1.燃料電池是用CO、H2、CH4等可燃性氣體與氧氣或空氣起反應(yīng)，將此反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電解質(zhì)溶液為酸性介質(zhì)，試寫出CH4燃料電池的電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)。

解析：自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)是CH4+2O2=CO2+2H2O…①

電解質(zhì)溶液為酸性介質(zhì)，正極反應(yīng)：O2+4e-+4H+=2H2O…②

CH4在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)①轉(zhuǎn)移電子為8e-，利用①-②×2可得CH4在負極的電極反應(yīng)：CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+

小結(jié)：根據(jù)上述例析，書寫原電池的電極反應(yīng)的方法歸納如下：

（1）先寫出總反應(yīng)方程式。

（2）根據(jù)電子得失情況，把總反應(yīng)分解成氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)。一般先寫出較熟悉的某一極反應(yīng)，再用總反應(yīng)減去已寫出的某一極反應(yīng)（注意得失電子守恒），從而得出另一極的電極反應(yīng)。

（3）注意：①較活潑金屬未必作負極，如：將銅片和鋁片用導(dǎo)線相連，分別插入稀H2SO4和濃HNO3中，在稀H2SO4作電解質(zhì)溶液的原電池中，較活潑的鋁被氧化作負極，銅作正極。其負極電極反應(yīng)為Al-3e-=Al3+，在濃HNO3作電解質(zhì)溶液的原電池中，因為Al在濃HNO3中鈍化，實質(zhì)發(fā)生的是Cu與HNO3的反應(yīng)，Cu被氧化，故較不活潑的銅作負極，其負極電極反應(yīng)為Cu-2e-=Cu2+

②電解質(zhì)溶液的酸堿性改變會引起電極反應(yīng)的改變，如上例1，若在堿性介質(zhì)中，總反應(yīng)變?yōu)镃H4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O，O2參加的電極反應(yīng)為2O2+8e-+4H2O=8OH-，相應(yīng)負極的電極反應(yīng)則為CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O

二、電解池

使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫電解。在電解過程中，陰離子移向陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陽離子移向陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)溶液中離子很多，在兩極放電的離子是依據(jù)其放電能力順序進行的：

陽極：首先看電極，如果是活性電極，則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子；如果是惰性電極，則是陰離子放電，其放電順序：S2->I->Cl->OH->含氧酸根離子>F-

陰極：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>K+

例2.如右圖是一個電化學(xué)過程示意圖，其中的電解質(zhì)溶液

為AgNO3，寫出兩極的電極反應(yīng)、電解池總反應(yīng)。

解析：溶液中陽離子有：Ag+、H+（水電離出的）；

陰離子有：NO3-、OH-（水電離出的），陽極電極為銅，陰極為惰性電極石墨。

根據(jù)放電順序可知：陽極應(yīng)是金屬銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極是Ag+得

電子發(fā)生還原反應(yīng)。

答案：陽極：Cu=Cu2++2e-

陰極：2Ag++2e-=2Ag

電解池總反應(yīng)：Cu+2Ag+ Cu2++2Ag

小結(jié)：根據(jù)上述例析，書寫電解池的電極反應(yīng)的方法歸納如下：

（1）分清電極：與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極。

（2）分析溶液：溶液中所含的全部陰、陽離子有哪些。

（3）確定放電離子：根據(jù)陰、陽離子的放電順序確定在兩極上發(fā)生放電的離子。

（注意：在陽極放電的，首先依據(jù)電極材料，若為活潑電極，則電極本身失電子被氧化；若為惰性電極（C、Pt、Au），則依據(jù)陰離子放電順序考慮。）

（4）先寫電極反應(yīng)式：正確書寫電極反應(yīng)式，要注意離子來自何種電解質(zhì)（如非酸、堿溶液中H+、OH-來自于難電離的H2O）及得失電子守恒等 。

（5）再寫方程式：將陰陽兩極的電極反應(yīng)式合并，然后把有關(guān)離子還原成化學(xué)式，整理后即可得電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式，且要注明條件。

（6）注意：①溶液中的離子濃度的改變會引起離子放電順序的改變，如：在給某鍍件鍍鋅時，電鍍液是飽和ZnCl2溶液，在飽和ZnCl2溶液中，Zn2+的濃度遠大于水電離出來的H+的濃度，所以陰極應(yīng)是Zn2+放電，而不是H+放電。陰極電極反應(yīng)為Zn2++2e-=Zn。

②陰離子在陽極放電順序，不能固守：S2->I->Cl->OH->含氧酸根離子>F-，要注意給予的信息。如：用惰性電極直接電解NaClO2溶液可制取新一代飲用水的消毒劑ClO2，寫出電解池中陽極的電極反應(yīng)式，信息表明是含氧酸根離子ClO2-放電，而不是OH-放電生成O2，故陽極的電極反應(yīng)式為：ClO2--e-=ClO2

③可充電電池是原電池與電解池的綜合運用，放電為原電池反應(yīng)，充電為電解池反應(yīng)。原電池的負極反應(yīng)與電解池的陰極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，原電池的正極反應(yīng)與電解池的陽極反應(yīng)互為逆反應(yīng)。

三、依據(jù)氧化還原反應(yīng)的原理巧寫電極反應(yīng)式

不論是原電池，還是電解池中，其本質(zhì)由“形”的直觀變?yōu)椤皵?shù)”的嚴(yán)密還要都是發(fā)生氧化還原反應(yīng)，只要確定還原劑與還原產(chǎn)物，氧化劑與氧化產(chǎn)物，就可書寫出有關(guān)半反應(yīng)。

例3：[2012·海南化學(xué)卷13]氮元素的氫化物和氧化物在工業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè)中都有廣泛應(yīng)用，回答下列問題：（4）肼（N2H4）一空氣燃料電池是一種堿性電池，該電池放電時，負極的反應(yīng)式為 。

解析：初步確立反應(yīng)物與生成物：N2H4+O2→N2+H2O，N2H4在負極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以還原劑及其氧化產(chǎn)物分別是N2H4和N2，根據(jù)化合價升降可知N2H4→N2失4個電子可確定：N2H4 -4e-→N2，再根據(jù)電荷守恒定律可判斷出半反應(yīng)的右邊要有4個H+或左邊要有4個OH-，由于已知是一種堿性電池，所以只能在左邊寫4個OH-，半反應(yīng)N2H4+4OH--4e-→N2，再根據(jù)原子守恒，右邊添4個H2O，即負極的反應(yīng)式為：N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O

上述方法不用寫總反應(yīng)方程式，再用總反應(yīng)減去已寫出的某一極反應(yīng)，從而得出另一極的電極反應(yīng)，相對來說，更簡便一些。

參考文獻：

[1]《三維設(shè)計》2016新課標(biāo)高考總復(fù)習(xí).化學(xué).光明日報出版社