新情境下電化學(xué)中電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)

史永鑫

(安徽師范大學(xué)附屬中學(xué) 241001)

電化學(xué)是化學(xué)反應(yīng)原理的重要組成部分，電化學(xué)知識(shí)也一直是高考中的高頻考點(diǎn)，其解題的關(guān)鍵是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě).經(jīng)過(guò)多輪次高中教學(xué)的積累和總結(jié)，以下就新情境下電化學(xué)裝置中電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法與讀者進(jìn)行交流，以期供教學(xué)參考備用.

一、給定總反應(yīng)型

1.解題核心

已知電化學(xué)總反應(yīng)方程式，根據(jù)電極反應(yīng)類(lèi)型，負(fù)極(或者陽(yáng)極)——氧化反應(yīng)；正極(或者陰極)——還原反應(yīng)，同時(shí)注意整個(gè)反應(yīng)體系所處的酸堿性等環(huán)境.

2.具體方法

找物質(zhì)(反應(yīng)物、生成物)→標(biāo)得失(電子轉(zhuǎn)移)→配平(完善，注意介質(zhì)可能參與反應(yīng)).

B. 放電時(shí)，交換膜右側(cè)溶液中有大量白色沉淀生成

C. 若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)隨之改變

D. 當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01 mol e-時(shí)，交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02 mol離子

A.電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3、負(fù)極為Fe

B.電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為

C.電池充電過(guò)程中，陰極附近溶液的pH降低

D.電池充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為

二、吸氧腐蝕型

1.解題核心

首先確定為原電池裝置，然后弄清電解質(zhì)溶液的酸堿性環(huán)境，吸氧腐蝕中正極的溶解氧作氧化劑參與反應(yīng).

2.具體方法

明確非酸性環(huán)境，找準(zhǔn)正負(fù)極.負(fù)極——氧化反應(yīng)；正極——溶解氧得電子發(fā)生還原反應(yīng).

例3 (2015·上海卷)研究電化學(xué)腐蝕及防護(hù)的裝置如右圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ).

A.d為石墨，鐵片腐蝕加快

C.d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕

三、燃料電池型

1.解題核心

燃料電池的總反應(yīng)相當(dāng)于燃料的燃燒反應(yīng).負(fù)極區(qū)進(jìn)燃料，正極區(qū)進(jìn)氧化劑.

2.具體方法

負(fù)極——燃料失電子被氧化；正極——氧化劑得電子被還原，同時(shí)注意整個(gè)反應(yīng)體系所處的環(huán)境(介質(zhì))可能參與反應(yīng).

例4 (高考模擬題)近幾年開(kāi)發(fā)的甲醇燃料電池是采用鉑作電極，電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過(guò).其工作原理的如圖所示.

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)Pt(a)電極是電池的____極，電極反應(yīng)式為_(kāi)___；Pt(b)電極發(fā)生____(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，電極反應(yīng)式為_(kāi)___.

(2)電池的總反應(yīng)式為_(kāi)___.

(3)如果該電池工作時(shí)電路中通過(guò)2 mol電子，則消耗的CH3OH有____mol.

四、熔融鹽電解質(zhì)型燃料電池

1.解題核心

熔融鹽電解質(zhì)型燃料電池的總反應(yīng)依然相當(dāng)于燃料的燃燒反應(yīng).負(fù)極區(qū)進(jìn)燃料，正極區(qū)進(jìn)氧化劑和輔助性氣體.

2.具體方法

負(fù)極——燃料失電子被氧化；正極——氧化劑得電子被還原，注意輔助性氣體往往參與反應(yīng).

例5 (2015·江蘇卷)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如下圖所示.下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是( ).

五、固體氧化物電解質(zhì)型原電池

解題核心及具體方法：依據(jù)電極反應(yīng)類(lèi)型，負(fù)極——氧化反應(yīng)；正極——還原反應(yīng).同時(shí)介質(zhì)O2-可能參與反應(yīng).

例6 (高考模擬題)以氨作為燃料的固體氧化物(含有O2-)燃料電池，具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)、能量效率高的特點(diǎn)，另外氨氣含氫量高，不含碳，易液化，方便運(yùn)輸和貯存，是很好的氫源載體.其工作原理如下圖所示，下列關(guān)于直接氨固體氧化物燃料電池的說(shuō)法正確的是( ).

A. 電極a為電源的陰極

B. 固體氧化物作為電池工作的電解質(zhì)，其作用是讓電子在電池內(nèi)移動(dòng)

D. 外電路的電流方向?yàn)閺碾姌Oa流向電極b

答案：C

六、其他類(lèi)型：未給總反應(yīng)，直接分析型

原電池或電解池中的總反應(yīng)方程式相當(dāng)于兩個(gè)電極反應(yīng)式的“和”，所以利用總反應(yīng)推導(dǎo)電極反應(yīng)式是最常用的重要方法之一.但有些新情境下總反應(yīng)方程式未知而且也不太容易書(shū)寫(xiě)，這種情況下可以依據(jù)題意直接分析推導(dǎo).

解題核心及具體方法：根據(jù)電極反應(yīng)類(lèi)型，負(fù)極(或者陽(yáng)極)被氧化，正極(或者陰極)被還原.找物質(zhì)(反應(yīng)物、生成物)→標(biāo)得失(電子轉(zhuǎn)移)→配平(完善，注意介質(zhì)可能參與反應(yīng)).

例7 (高考模擬題)傳感器可以檢測(cè)空氣中SO2的含量，傳感器工作原理如下圖所示.下列敘述正確的是( ).

A.b為電源的正極

C. 當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移5×10-5mol電子時(shí)，進(jìn)入傳感器的SO2為1.12 mL

D. 陰極的電極反應(yīng)式：

綜上所述，電化學(xué)總反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng)，電化學(xué)裝置是將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分在兩個(gè)不同的區(qū)域進(jìn)行，負(fù)極(或者陽(yáng)極)發(fā)生氧化反應(yīng)，正極(或者陰極)發(fā)生還原反應(yīng).所以，無(wú)論試題中出現(xiàn)什么樣的新情境，電極反應(yīng)類(lèi)型依然是書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的核心和關(guān)鍵所在，同時(shí)也一定要注意整個(gè)反應(yīng)體系所處的酸堿性等環(huán)境，因?yàn)榻橘|(zhì)往往參與反應(yīng).