原電池中電極反應式的書(shū)寫(xiě)

　　原電池中電極反應式的書(shū)寫(xiě)
　
　　電化學(xué)學(xué)習中電極反應式的書(shū)寫(xiě)成為學(xué)生學(xué)習這部分知識的攔路虎，掌握電極反應式的書(shū)寫(xiě)規律和技巧是學(xué)好電化學(xué)的前提。筆者結合多年的教學(xué)經(jīng)驗和對近些年高考原題的研究，對電極反應式的書(shū)寫(xiě)歸納如下。

　　一、原電池電極反應式的書(shū)寫(xiě)

　�。ㄒ唬┰瓌t：

　　負極：失電子，發(fā)生氧化反應（一般是負極本身失電子）

　　正極：得電子，發(fā)生還原反應（一般是溶液中陽(yáng)離子在正極上得電子，但也可能是O2在正極上得電子（吸氧腐蝕），或正極本身得電子）

　　總反應式（電池反應）=正極反應式+負極反應式

　　對于可逆電池，一定要看清楚“充電、放電”的方向。放電的過(guò)程應用原電池原理，充電的過(guò)程應用電解池原理。

　�。ǘ�）具體分類(lèi)判斷

　　1.第一類(lèi)原電池：①兩個(gè)活潑性不同的電極(金屬與金屬、金屬與石墨碳棒、金屬與難溶金屬氧化物)；②電解質(zhì)溶液，至少要能與一個(gè)電極發(fā)生有電子轉移的氧化還原反應，一般是置換反應；③兩電極插入電解質(zhì)溶液中且用導線(xiàn)連接。

　　方法：先找出兩極相對活潑性，相對活潑的金屬作負極，負極失去電子發(fā)生氧化反應，形成陽(yáng)離子進(jìn)入溶液；較不活潑的金屬作正極，溶液中原有的陽(yáng)離子按氧化性強弱順序在正極上得到電子還原反應，析出金屬或氫氣，正極材料不參與反應。如：Mg—Al—HCl溶液構成的原電池中，負極為Mg。但Mg—Al—NaOH溶液構成的原電池中，負極為Al（Mg與NaOH溶液不反應，Al是兩性金屬，可以與NaOH溶液反應）。再分析進(jìn)入溶液的微粒能否在電解質(zhì)環(huán)境中存在（得失電子不能同時(shí)在同極上發(fā)生），不能存在時(shí)應考慮其與電解質(zhì)之間的后續反應。

　　如：Mg、Al在堿性環(huán)境中構成的原電池

　　解析：在堿性環(huán)境中Al比Mg活潑，其反實(shí)質(zhì)為Al與堿溶液的反應：2Al+2OH-+6H2O=2AlO2-+3H2↑+4H2O

　　∴負極：2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O

　　正極：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-

　　注意：Al-3e-=Al3+，此時(shí)Al3+在堿性環(huán)境不能穩定存在，會(huì )與OH-（過(guò)量）結合轉化為AlO2-

　　2.第二類(lèi)原電池：①兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極；②任何電解質(zhì)溶液(酸、堿、鹽皆可)；③形成回路。這類(lèi)原電池的特點(diǎn)是電極與電解質(zhì)溶液不發(fā)生置換反應，電解質(zhì)溶液只起導電作用。正極一般是吸氧腐蝕的電極反應式：O2＋2H2O＋4e-＝4OH－。微電池(即若干微小的原電池)為不正規的原電池。合金或不純的金屬在潮濕空氣中就能形成微電池。電化學(xué)腐蝕即微電池腐蝕，依然是原電池原理。一般原電池和微電池的區別在于前者中兩個(gè)電極不直接接觸，故前者電流是在導線(xiàn)中流動(dòng)，而后者電流是在金屬體內部流過(guò)。微電池腐蝕分為析氫腐蝕(發(fā)生在酸性較強的溶液里，正極上H+被還原)和吸氧腐蝕(發(fā)生在中性、堿性或極弱酸性溶液里，正極上是氧氣被還原：O2＋2H2O＋4e-＝4OH－)。

　　3.燃料電池：

　　燃料電池的電極反應（主要是負極的電極方程式）是一個(gè)難點(diǎn)。我們知道，一般的燃料電池大多是可燃性物質(zhì)（主要是可燃性氣體）與氧氣及電解質(zhì)溶液共同組成的原電池，雖然可燃性物質(zhì)與氧氣在不同的電極反應，但其總反應方程式是可燃物在氧氣中燃燒。由于涉及電解質(zhì)溶液，所以燃燒產(chǎn)物可能還要與電解質(zhì)溶液反應，再寫(xiě)出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應的方程式，從而得到總反應方程式。由于在反應中氧氣由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià)，所以肯定是O2得電子，即O2作氧化劑是正極，即可寫(xiě)出正極的電極反應式：O2+4e+2H2O=4OH_①(該反應式為常見(jiàn)的絕大多數燃料電池的正極反應式)。若此時(shí)電解質(zhì)溶液為酸性，則反應過(guò)程可以理解為：正極上首先發(fā)生：O2+4e-=2O2-由于在酸性環(huán)境中大量存在H+故O2-會(huì )與H+結合成H20，故正極反應式應為：O2+4e-＋4H+＝2H2O②若電解質(zhì)為中性或堿性時(shí)，則正極反應式就只是①。此時(shí)負極反應式就可由總電極方程式減去正極的電極方程式得到（注意要將方程式中的氧氣抵消掉）。

　�。�1）直接法書(shū)寫(xiě)電極反應式：（以氫氧燃料電池為例）

　　解析：H2、O2燃料電池中反應實(shí)質(zhì)為：2H2+O2=2HO

　　電極上H2-2e-=2H+O2+4e-=2O2+

　　在不同環(huán)境中H+、O2-會(huì )與電解質(zhì)發(fā)生不同的反應，故電極反應也相應不同：

　�、�、酸性環(huán)境中：H+能穩定存在，O2-會(huì )與H+結合成H20，

　　負極：2H2-4e-=4H+正極：O2+4H++4e-=2H2O

　�、�、堿性環(huán)境中：H+不能穩定存在會(huì )與OH-結合成水，而O2-也不能穩定存在會(huì )與水結合形成OH-

　　負極：2H2-4e-+4OH-=4H20正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

　�、�、中性環(huán)境中：H+能穩定存在：02-會(huì )與H20結合成OH-：

　　負極：2H2-4e-=4H+正極：O2+2H20+4e-=4OH-

　�、�、在能傳導O2-的固體電解質(zhì)中：由于O2-能存在，而H+會(huì )與固體電解質(zhì)中O2-結合形成水

　　負極：2H2-4e-+2O2-=2H2O正極：O2+4e-=2O2-

　�。�2）加減法書(shū)寫(xiě)電極方程式：

　　由甲醇和氧氣以及強堿作電解質(zhì)溶液的新型手機電池。

　　解析：CH3OH+O2→CO2+H2O……①

　　但：CO2在堿性環(huán)境中不存在，會(huì )與OH-反應生成CO32-

　　CO2+2OH_=CO32-+H2O……②

　　故將①、②式進(jìn)行疊加即為總反應：

　　2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O……③

　　由于正極反應式為：O2+2H2O+4e-=4OH_……④由于電解質(zhì)溶液為堿性，所以正極的產(chǎn)物不再進(jìn)一步反應，則負極的反應式為總反應方程式減去正極的反應式得到：

　　2CH3OH+3O2＋4OH_-3O2-6H2O-12e-=2CO32-+6H2O-12OH_

　　調整之后得（負極）：CH3OH＋8OH_－6e-＝CO32-＋6H2O

　　二、電解池電極反應式的書(shū)寫(xiě)

　�。ㄒ唬┰瓌t：

　　陽(yáng)極：失電子，發(fā)生氧化反應（一般是溶液中陰離子在陽(yáng)極上失電子，也可能是陽(yáng)極材料本身失去電子）

　　陰極：得電子，發(fā)生還原反應（一般是溶液中陽(yáng)離子在陰極上得電子）

　�。ǘ�）具體分類(lèi)判斷

　　1.陽(yáng)極為惰性電極（CPt）這類(lèi)電解池的電極反應式的書(shū)寫(xiě)只需考慮電解質(zhì)溶液中的所有陰陽(yáng)離子的放電，電極本身不參與放電。中學(xué)階段陰離子主要掌握I－、Br－、Cl－、OH－的放電，陽(yáng)離子主要掌握Ag+,Cu2+,H+的放電。

　　2.陽(yáng)極為活性電極（如Fe、Cu、Ag等）這類(lèi)電解池的陽(yáng)極反應為活性電極本身失去電子生成相應的陽(yáng)離子，陰極反應為電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子得到電子生成相應的單質(zhì)。