介質(zhì)對(duì)原電池電極反應(yīng)方程式書寫的影響

萬(wàn)旭峰

【摘 要】 原電池是由兩根電極和電解質(zhì)溶液（即介質(zhì)）組成。其電極反應(yīng)除了與電極材料本身的性質(zhì)有關(guān)外，還與電解質(zhì)溶液的性質(zhì)有關(guān)。

【關(guān) 鍵 詞】 介質(zhì)；電解質(zhì)溶液；電極反應(yīng)式

原電池是由兩根電極和電解質(zhì)溶液（即介質(zhì)）組成。其電極反應(yīng)除了與電極材料本身的性質(zhì)有關(guān)外，還與電解質(zhì)溶液的性質(zhì)有關(guān)。有的原電池放電時(shí)的總反應(yīng)方程式相同，但電池中的電解質(zhì)不同，其電極反應(yīng)就不同。學(xué)生對(duì)不同電解質(zhì)時(shí)，電極方程式的書寫容易出錯(cuò)，尤其遇到陌生電解質(zhì)類題目時(shí)往往無(wú)從下手。因此在原電池原理及應(yīng)用的教學(xué)過(guò)程中應(yīng)特別予以注意。下面就介質(zhì)對(duì)電極反應(yīng)方程式書寫的影響進(jìn)行小結(jié)。

一、影響電極反應(yīng)方程式的書寫

例1 甲烷燃料電池中，如分別以下列四種電解質(zhì)中構(gòu)成原電池，書寫電極反應(yīng)方程式與總反應(yīng)方程式。

（1）H2SO4溶液

（2）NaOH溶液

（3）ZrO2、Y2O3固體（高溫下能傳導(dǎo)O2-）

（4）熔融的K2CO3（正極通入的O2中混有CO2）。

解：（1）酸性條件：加H+使進(jìn)行電荷守恒。

正極：2O2+8H++8e-=4H2O

負(fù)極：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+

總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O

（2）堿性條件：加OH-使進(jìn)行電荷守恒。

正極：2O2+4H2O+8e-=8OH-

負(fù)極：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O

總反應(yīng)式：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O

（3）固體電解質(zhì)：加CO32-使進(jìn)行電荷守恒。

正極：2O2+8e-=4O2-

負(fù)極：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O

總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O

（4）熔融碳酸鹽：加O2-使進(jìn)行電荷守恒。

正極：2O2+4CO2+8e-=4CO32-

負(fù)極：CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O

總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O

注意點(diǎn)：

1. 碳元素在酸性、中性環(huán)境中生成CO2，而在堿性環(huán)境中生成CO32-。

2. 主要是三步法書時(shí)電荷守恒中，不同的介質(zhì)要加不同的離子。

二、影響電池的正負(fù)極

例2 以鎂和鋁為兩極，分別在稀硫酸和氫氧化鈉溶液中構(gòu)成原電池，書寫電極反應(yīng)方程式與總反應(yīng)方程式。

解：（1）酸性條件

負(fù)極：Mg-2e-=Mg2+

正極：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-

總反應(yīng)式：Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑

（2）堿性條件

正極：2H++2e-=H2↑

負(fù)極：2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O

總反應(yīng)式：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3O2↑

三、影響電池反應(yīng)的方向

例3 根據(jù)可逆反應(yīng)：

AsO43-+2I-+2H+？葑AsO33-+I2+H2O，設(shè)計(jì)如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置。B燒杯中裝有Na3AsO3和Na3AsO4溶液，A燒杯中裝有I2和KI溶液。兩燒杯中用鹽橋相連，兩電極均為惰性電極。進(jìn)行如下操作：

①向A溶液中逐滴加入濃HCl，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；

②若改向B溶液中滴加40%的NaOH溶液，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針向相反方向偏轉(zhuǎn)。

寫出兩操作中電極反應(yīng)方程式。

解析：對(duì)于平衡：AsO43-+2I-+2H+？葑AsO33-+I2+H2O，操作①中加入HCl，使平衡正向移動(dòng)，I-失電子，故C1作負(fù)極，C2作正極；操作②滴加NaOH溶液使平衡逆向移動(dòng)，I2得電子，故C1作正極，C2作負(fù)極。

操作①：向A溶液中逐滴加入濃HCl：

正極：AsO43-+2e-+2H+=AsO33-+H2O

負(fù)極：2I--2e-=I2

總反應(yīng)式：AsO43-+2I-+2H+？葑AsO33-+I2+H2O

操作②：向B溶液中逐滴加40%的NaOH溶液：

正極：I2+2e-=2I-

負(fù)極：AsO33--2e-+2OH-=AsO43-+H2O

總反應(yīng)式：AsO33-+I2+2OH-？葑AsO43-+2I-+H2O

從化學(xué)平衡移動(dòng)的角度分析，明確電解質(zhì)的不同發(fā)生的電池反應(yīng)不同是解答本題的關(guān)鍵。

總之，在書寫原電池電極反應(yīng)式時(shí)，要注意不同介質(zhì)對(duì)原電池電極反應(yīng)的影響，應(yīng)用氧化還原、化學(xué)平衡原理進(jìn)行分析，再用不同的離子來(lái)進(jìn)行電荷守恒，就能正確地解決這類問(wèn)題。

【參考文獻(xiàn)】

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