例談電化學(xué)中電極反應(yīng)式的書寫

杜雪文

摘要：電化學(xué)知識是高中化學(xué)的重點和難點，其中電極反應(yīng)式的書寫在選考中是一個出現(xiàn)頻率達(dá)到百分百的考點，而學(xué)生對此卻是困難多、耗時長、得分低。如何使學(xué)生快捷、準(zhǔn)確的書寫電極反應(yīng)式？本文從電化學(xué)原理出發(fā)，通過一些例子來闡述如何快捷、準(zhǔn)確的書寫電極反應(yīng)式。

關(guān)鍵詞：電極反應(yīng)式;三步;氧化還原

一、夯實電化學(xué)基礎(chǔ)知識

寫好電極反應(yīng)式首先要夯實電化學(xué)的基礎(chǔ)知識，然后再談書寫的方法和技巧。如：區(qū)分原電池和電解池，靈活判斷電極的名稱及電極反應(yīng)的類型，原電池中，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)（失電子），正極發(fā)生還原反應(yīng)（得電子）;電解池中，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)（失電子），陰極發(fā)生還原反應(yīng)（得電子），明確電化學(xué)裝置中電子的流向、溶液中離子的遷移方向等。建立原電池和電解池工作原理的基本模型。學(xué)生熟練掌握上述電化學(xué)基礎(chǔ)是學(xué)生快捷、準(zhǔn)確的書寫電極反應(yīng)式的基礎(chǔ)。

其次，在電化學(xué)的教學(xué)過程中，教師要根據(jù)學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展和接受能力的提升做出適應(yīng)的調(diào)整。雖然蘇教版《化學(xué)·選修·化學(xué)反應(yīng)原理》將電解飽和食鹽水陰極電極反應(yīng)式表達(dá)為：2H++2e-=H2↑，但筆者認(rèn)為溶液中的H+來源于水的電離，遵循離子方程式書寫的規(guī)則，應(yīng)該寫成水得到電子。教師應(yīng)該將電解飽和食鹽水的陰極的電極反應(yīng)式改為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，這樣的表達(dá)方式可以幫助學(xué)生客觀準(zhǔn)確、科學(xué)合理的表達(dá)電極及其附近溶液的變化，更直觀的解釋電解后陰極附近溶液呈堿性的事實，也更符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律，為后續(xù)電極反應(yīng)式的書寫建立了一個共同的標(biāo)準(zhǔn)，也只有這樣，學(xué)生才能建立起科學(xué)、開放的、相互銜接的知識體系。

例 N2O5是綠色硝化試劑，溶于水可得硝酸.右圖是以N2O4為原料電解制備N2O5的裝置示意圖，寫出陽極區(qū)生成N2O5的電極反應(yīng)式是_________。

解析：陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)題意可知，陽極為N2O4被氧化為N2O5，根據(jù)電荷守恒，陽極必然要產(chǎn)生H+，但是H+不是來自于水（陽極是一個無水的環(huán)境），而是來自于無水硝酸，而硝酸在沒有水的情況下是不能發(fā)生電離的，因此題中無水硝酸在電極反應(yīng)式里不能拆，電極反應(yīng)式應(yīng)為：2HNO3+N2O4-2e-=2N2O5+2H+。

例 利用如圖所示的電解裝置，可將大氣中的NOx、SO2變廢為寶，則物質(zhì)A的化學(xué)式為_______，陰極的電極反應(yīng)式為_______。

答案：物質(zhì)A的化學(xué)式為NH4HSO4，陰極的電極反應(yīng)式為：NOx+（2x+3）e-+（2x+4）H+=NH4++xH2O

由圖可知，該裝置的電解液中不存在強酸性物質(zhì)，為何陰極的電極反應(yīng)式中反應(yīng)物中可以出現(xiàn)H+而不是水呢？不妨可以先寫出陽極的電極反應(yīng)式：SO2-2e-+ 2H2O=SO42-+4H+，可以看出原來是陽極產(chǎn)生的H+遷移到陰極區(qū)參與了電極反應(yīng)。如果將兩個電極反應(yīng)相加，可以得到電解的總反應(yīng)為：（2x+3）SO2+2NOx+（2x+6）H2O= （2x+3）SO42-+2NH4++ （4x+4）H+，通過電解NH4+、SO42-、H+的濃度都增大了，電解后硫酸銨稀溶液就變成了濃溶液，與之共存的A則為NH4HSO4。

二、學(xué)會書寫電極反應(yīng)式的方法、技巧

學(xué)生在掌握電化學(xué)基本原理及氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律之后，電極反應(yīng)式的書寫需要走好兩個“三步”。

第一個“三步”為審題分三步走。第一步，判斷裝置是原電池還是電解池;第二步，判斷電極的名稱;第三步，判斷電極上發(fā)生的反應(yīng)類型（氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)）？為后續(xù)電極反應(yīng)式的書寫做好鋪墊。

第二個“三步”為書寫分三步。原電池和電解池電極發(fā)生的都是氧化還原反應(yīng)，因此電極反應(yīng)式的書寫也要遵循氧化還原反應(yīng)的書寫原則，即電子守恒、電荷守恒和質(zhì)量守恒。具體來看，第一步，找到是什么微粒失去（或得到）多少電子被氧化（或還原）成什么微粒;第二步，看環(huán)境找到用什么微粒來配平電荷守恒;第三步，同樣看環(huán)境找到用什么微粒來配質(zhì)量守恒。

例 以熔融Na2CO3 為電解質(zhì)的乙醇燃料電池具有廣泛的應(yīng)用，寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式：。

解析：第一個“三步”，根據(jù)題意可知，燃料電池為原電池裝置，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)。第二個“三步”，步驟一，找到1molCH3CH2OH失去12mole-被氧化成2molCO2，表達(dá)為：CH3CH2OH-12e-=2CO2。步驟二，看環(huán)境，以熔融Na2CO3為電解質(zhì)，則用CO32-來配平電荷守恒并調(diào)整質(zhì)量守恒，表達(dá)為：6CO32-+CH3CH2OH-12e-=8CO2。步驟三，看環(huán)境，用水配平質(zhì)量守恒，表達(dá)為：6CO32-+CH3CH2OH-12e-=8CO2+3H2O。

假如該題將“熔融Na2CO3為電解質(zhì)”改為“NaOH溶液為電解質(zhì)”，則乙醇被氧化成“CO32-”，電荷守恒用“OH-”來配平，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為：16OH-+CH3CH2OH-12e-=2CO32-+11H2O。由此可見，在書寫的三個步驟中無論哪一步都要注意題給環(huán)境，這也是學(xué)生答題經(jīng)常踩到的雷區(qū)，教師應(yīng)對學(xué)生多加訓(xùn)練，增強學(xué)生答題的敏感度。

面對錯綜復(fù)雜的電極反應(yīng)，教師只要幫助學(xué)生立足基礎(chǔ)，走好兩個“三步”，才能以不變應(yīng)萬變，提升學(xué)生的綜合能力。

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