例析高考化學(xué)新情景下電極反應(yīng)式的書寫

林明勇

電化學(xué)基礎(chǔ)專題是高中化學(xué)基本理論中的重要內(nèi)容，是每年高考化學(xué)中的必考點(diǎn)，電極反應(yīng)式書寫是電化學(xué)的核心，更是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此采用行之有效的方法突破電極反應(yīng)式書寫這一難點(diǎn)在實(shí)際教學(xué)過程中顯得尤為重要。本文通過對(duì)電池類型進(jìn)行分類，總結(jié)不同類型電池電極反應(yīng)式的書寫，建立其書寫模式，為教學(xué)實(shí)踐提供參考，對(duì)學(xué)生正確、快速解題具有指導(dǎo)意義。

一、新情景下化學(xué)電源電極反應(yīng)式書寫

1.二次電池電極反應(yīng)式書寫

試題往往會(huì)給出電池總反應(yīng)方程式，在此情況下其電極反應(yīng)式書寫的第一步是標(biāo)出電池總反應(yīng)方程式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，確定氧化劑和還原產(chǎn)物以及得電子數(shù)目或還原劑和氧化產(chǎn)物及失電子數(shù)目。第二步通過氧化劑與還原產(chǎn)物（或還原劑與氧化產(chǎn)物）二者比較找出該電極反應(yīng)的其他反應(yīng)物和生成物。第三步寫出并配平該電極反應(yīng)式。第四步用電池總反應(yīng)方程式減去該電極反應(yīng)式即可得到另一電極反應(yīng)式（當(dāng)然也可按，上述步驟直接書寫）。如果是二次電池則充電的電極反應(yīng)與放電的電極反應(yīng)過程相反，充電的陽極反應(yīng)為放電的正極反應(yīng)的逆向過程，充電的陰極反應(yīng)為放電的負(fù)極反應(yīng)的逆向過程。

例如：鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為：

請(qǐng)寫出該電池放電時(shí)負(fù)極、正極反應(yīng)式_______;充電時(shí)，陰極反應(yīng)式為_______

第一步：

負(fù)極：還原劑Fe，氧化產(chǎn)物Fe（OH），失2e-正極：氧化劑Ni2O3，還原產(chǎn)物Ni（OH）2，得2e。

第二步 負(fù)極：Fe-2e-→Fe（OH）2，還原劑與氧化產(chǎn)物二者比較可知有OH-參加反應(yīng)。

第三步 負(fù)極反應(yīng)式為：

第四步 總反應(yīng)：

又如：熔融狀態(tài)下，Na的單質(zhì)和FeCl，能組成可充電電池（裝置示意圖如圖1），反應(yīng)原理為：

放電時(shí)，電池的正極反應(yīng)式為_______，負(fù)極反應(yīng)式為

負(fù)極：還原劑Na，氧化產(chǎn)物Na（為什么不是NaCl？），失2e-。

正極：氧化劑Fe+（為什么不是FeCl2？），還原產(chǎn)物Fe，得2e-。

第二步 負(fù)極：

Na-e-=Na→2Na-2e=2Na

正極：Fe2++2e=Fe

2.燃料電池的電極反應(yīng)式書寫

燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電池。燃料電池電極反應(yīng)式書寫的難點(diǎn)在于負(fù)極反應(yīng)式的書寫，其書寫的第一步是明確燃料及燃燒的產(chǎn)物，判斷燃燒產(chǎn)物能否與介質(zhì)（電解質(zhì)溶液）反應(yīng)確定電極產(chǎn)物，根據(jù)前后化合價(jià)的變化確定失電子數(shù)目。第二步通過燃料-ne-+（介質(zhì)）→電極產(chǎn)物，對(duì)二者進(jìn)行比較找出參與該電極反應(yīng)的其它反應(yīng)物和生成物。第三步寫出并根據(jù)電荷守恒、質(zhì)量守恒配平該電極反應(yīng)式。如果燃料為含炭燃料或氫氣的燃料電池其負(fù)極反應(yīng)式一般為：堿性燃料電池：CHO+mOH--ne：→xCO3-2+pH2O（其中根據(jù)電荷守恒m+n=2x）酸性燃料電池：CHO+mH2O-ne-+>xCO2+pH（其中根據(jù)電荷守恒n=p）（注意：書寫時(shí)要準(zhǔn)確分析反應(yīng)中的待定系數(shù)m、n和p），比如對(duì)于

C.H2O.而言，當(dāng)x=z=0時(shí)，燃料為H2;當(dāng)x=z=1，y=4時(shí)，燃料為CH2OH。而熔融電解質(zhì)燃料電池的電極反應(yīng)式的書寫步驟與上述步驟基本相同，唯一差別在于熔融電解質(zhì)燃料電池是一個(gè)無水環(huán)境.是通過陰陽離子導(dǎo)電，其參與電極反應(yīng)的一般為熔融電解質(zhì)電離的陰陽離子，而非OH-或H。

對(duì)于燃料電池其正極反應(yīng)式而言一般為：

堿性燃料電池：O2+2H2O+4e==4OH

酸性燃料電池：O2+4H+4e==2H2O

例如：化學(xué)家正在研究尿素（H2NCONH2）動(dòng)力燃料電池，尿液也能發(fā)電！用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn)生凈化的水又能發(fā)電。尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖2所示，工作時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為_______;正極的電極反應(yīng)式為：_______

第一步：根據(jù)試題明確燃料（H，NCONH2）-，電極產(chǎn)物（CO2.N2）→根據(jù)前后化合價(jià)的變化確定失電子為6e-。

第二步：通過H2NCONH2-6e-+（介質(zhì)）-+CO2+N2，通過二者比較得出參與該電極反應(yīng)的其它反應(yīng)物為H2O，生成物為H+。

第三步：根據(jù)電荷守恒、質(zhì)量守恒配平該反應(yīng)式為：

H.NCONH，-6e-+H2O=CO+N+6H+

該電池為酸性燃料電池正極的電極反應(yīng)式為：

O2+4H+4e=2H2O

3.普通金屬電池（一般為金屬電池或金屬的腐蝕）

對(duì)于普通電池不知道電池總反應(yīng)方程式的這類題目，其電極反應(yīng)式的書瀉的第一步是找出負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)一般是金屬失電子：M-ne-→M°+或M-ne-+（介質(zhì)）→電極產(chǎn)物，即負(fù)極：還原劑-ne-+（介質(zhì)）-+氧化產(chǎn)物+（其他）。第二步對(duì)于正極而言，若負(fù)極材料不與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，則正極反應(yīng)式一般為：O2+4e-+2H2O=4OH。若負(fù)極材料能與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，則正極反應(yīng)物一般為正極材料或電解質(zhì)溶液中的陽離子得電子，即：正極材料（或電解質(zhì)溶液中的陽離子）+ne-+（介質(zhì)）→電極產(chǎn)物，即正極：氧化劑+ne-+（介質(zhì)）-+還原產(chǎn)物+（其他）。第三步是根據(jù)負(fù)極反應(yīng)與正極反應(yīng)相加即可得到電池總反應(yīng)方程式（注意：在將正負(fù)兩極反應(yīng)式相加時(shí)，兩式中電子數(shù)ne-一定要相等，否則是錯(cuò)誤的）。

例如：鋁電池性能優(yōu)越，Al-AgO電池可用作水下動(dòng)力電源，其原理如圖3所示。該電池的正極反應(yīng)式為：_______，該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：_____。

第一步：根據(jù)試題信息負(fù)極為Al，考慮介質(zhì)的影響負(fù)極反應(yīng)為：

Al-3e-+4OH==AlO+H2O

第二步：對(duì)于負(fù)極而言，由于負(fù)極材料Al能與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)可知?jiǎng)t正極反應(yīng)物為正極材料AgO得電子，即：AgO+2e→Ag，進(jìn)一步可知H20參與反應(yīng)，即AgO+2e-+H20→Ag+OH-，進(jìn)一步配平為：AgO+2e-+H20=Ag+2OH-。

第三步：電池總反應(yīng)離子方程式：

負(fù)極：

2Al-2x3e-+2x4OH=2AlO2+2H，0正極：

3AgO+3x2e-+3H，0=Ag+3x2OH-總反應(yīng)：

2Al+3AgO+2OH=2AlO2+3Ag+H2O電池總反應(yīng)方程式：

2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O

二、新情景下電解池電極反應(yīng)式的書寫

新情境電解池電極反應(yīng)式的書寫的第一步是明確試題的已知信息，確定陰陽兩極電極反應(yīng)物或電解產(chǎn)物。第二步根據(jù)陰陽兩極電極反應(yīng)物判斷電極產(chǎn)物（根據(jù)化合價(jià)的升降判斷）或電解產(chǎn)物判斷電極反應(yīng)物（根據(jù)元素守恒和化合價(jià)的升降判斷）。第三步是結(jié)合上述判斷書寫電極反應(yīng)式。

例如：MnO2的生產(chǎn)方法之一是以石墨為電極，電解酸化的MnSO。溶液。請(qǐng)寫出陰極的電極反應(yīng)式是_______;陽極的電極反應(yīng)式是_____。

第一步：試題信息為由MnSO，溶液電解制MnO2。

第二步：石墨為惰性電極，MnSO，轉(zhuǎn)化為MnO2，錳元素化合價(jià)升高，失電子，陽極反應(yīng)物為Mn2+陽極產(chǎn)物MnO2。

第三步：Mn2-2e-+MnO2，比較二者得：Mn2-2e-+H2O→MnO+H+

進(jìn)一步得：

Mn2-2e-+2H，0==MnO+4H+

第四步：溶液中陽離子除Mn2外為H，可知陰極電極反應(yīng)式為：

2H+2e-==H，↑