原電池中電極反應式的書寫

　　原電池中電極反應式的書寫
　
　　電化學學習中電極反應式的書寫成為學生學習這部分知識的攔路虎，掌握電極反應式的書寫規律和技巧是學好電化學的前提。筆者結合多年的教學經驗和對近些年高考原題的研究，對電極反應式的書寫歸納如下。

　　一、原電池電極反應式的書寫

　　（一）原則：

　　負極：失電子，發生氧化反應（一般是負極本身失電子）

　　正極：得電子，發生還原反應（一般是溶液中陽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。放電的過程應用原電池原理，充電的過程應用電解池原理。

　　（二）具體分類判斷

　　1.第一類原電池：①兩個活潑性不同的電極(金屬與金屬、金屬與石墨碳棒、金屬與難溶金屬氧化物)；②電解質溶液，至少要能與一個電極發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溶液中且用導線連接。

　　方法：先找出兩極相對活潑性，相對活潑的金屬作負極，負極失去電子發生氧化反應，形成陽離子進入溶液；較不活潑的金屬作正極，溶液中原有的陽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）。再分析進入溶液的微粒能否在電解質環境中存在（得失電子不能同時在同極上發生），不能存在時應考慮其與電解質之間的后續反應。

　　如：Mg、Al在堿性環境中構成的原電池

　　解析：在堿性環境中Al比Mg活潑，其反實質為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Al3+在堿性環境不能穩定存在，會與OH-（過量）結合轉化為AlO2-

　　2.第二類原電池：①兩個活動性不同的電極；②任何電解質溶液(酸、堿、鹽皆可)；③形成回路。這類原電池的特點是電極與電解質溶液不發生置換反應，電解質溶液只起導電作用。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電極不直接接觸，故前者電流是在導線中流動，而后者電流是在金屬體內部流過。微電池腐蝕分為析氫腐蝕(發生在酸性較強的溶液里，正極上H+被還原)和吸氧腐蝕(發生在中性、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）是一個難點。我們知道，一般的燃料電池大多是可燃性物質（主要是可燃性氣體）與氧氣及電解質溶液共同組成的原電池，雖然可燃性物質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。由于涉及電解質溶液，所以燃燒產物可能還要與電解質溶液反應，再寫出燃燒產物與電解質溶液反應的方程式，從而得到總反應方程式。由于在反應中氧氣由0價變為－2價，所以肯定是O2得電子，即O2作氧化劑是正極，即可寫出正極的電極反應式：O2+4e+2H2O=4OH_①(該反應式為常見的絕大多數燃料電池的正極反應式)。若此時電解質溶液為酸性，則反應過程可以理解為：正極上首先發生：O2+4e-=2O2-由于在酸性環境中大量存在H+故O2-會與H+結合成H20，故正極反應式應為：O2+4e-＋4H+＝2H2O②若電解質為中性或堿性時，則正極反應式就只是①。此時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）直接法書寫電極反應式：（以氫氧燃料電池為例）

　　解析：H2、O2燃料電池中反應實質為：2H2+O2=2HO

　　電極上H2-2e-=2H+O2+4e-=2O2+

　　在不同環境中H+、O2-會與電解質發生不同的反應，故電極反應也相應不同：

　　①、酸性環境中：H+能穩定存在，O2-會與H+結合成H20，

　　負極：2H2-4e-=4H+正極：O2+4H++4e-=2H2O

　　②、堿性環境中：H+不能穩定存在會與OH-結合成水，而O2-也不能穩定存在會與水結合形成OH-

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

　　③、中性環境中：H+能穩定存在：02-會與H20結合成OH-：

　　負極：2H2-4e-=4H+正極：O2+2H20+4e-=4OH-

　　④、在能傳導O2-的固體電解質中：由于O2-能存在，而H+會與固體電解質中O2-結合形成水

　　負極：2H2-4e-+2O2-=2H2O正極：O2+4e-=2O2-

　　（2）加減法書寫電極方程式：

　　由甲醇和氧氣以及強堿作電解質溶液的新型手機電池。

　　解析：CH3OH+O2→CO2+H2O……①

　　但：CO2在堿性環境中不存在，會與OH-反應生成CO32-

　　CO2+2OH_=CO32-+H2O……②

　　故將①、②式進行疊加即為總反應：

　　2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O……③

　　由于正極反應式為：O2+2H2O+4e-=4OH_……④由于電解質溶液為堿性，所以正極的產物不再進一步反應，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寫

　　（一）原則：

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

　　陰極：得電子，發生還原反應（一般是溶液中陽離子在陰極上得電子）

　　（二）具體分類判斷

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

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