淺析原電池電極反應(yīng)的書寫技巧

淺析原電池電極反應(yīng)的書寫技巧

陳宇承衷明華

(韓山師范學(xué)院化學(xué)系，廣東 潮州 521041)

摘要：電化學(xué)是高考命題的熱點(diǎn)之一，主要包括原電池和電解池。試題以選擇題為主，也有填空、解答、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算等形式命題。電化學(xué)中涉及電路、電量等物理知識(shí)，因此電化學(xué)除了可以綜合學(xué)科內(nèi)知識(shí)，也可以涉及學(xué)科間知識(shí)的運(yùn)用，還可以與生產(chǎn)、生活、新科技及新技術(shù)等問(wèn)題相聯(lián)系。電化學(xué)是高中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其中原電池又是考生在歷年高考中極易出錯(cuò)的題型，針對(duì)如何提高學(xué)生書寫電極方程式的能力提出我的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)原電池電極

原電池原理及其應(yīng)用高中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在學(xué)習(xí)與此有關(guān)的知識(shí)時(shí)，學(xué)生最難掌握的是電極方程式的書寫，現(xiàn)結(jié)合我對(duì)原電池知識(shí)的理解提出以下分析，僅供參考。

一、原電池的判定

先分析有無(wú)外接電源，有外接電源的是電解池，無(wú)外接電源的可能是原電池，然后根據(jù)原電池的形成條件分析判斷，主要是三看：看電極，兩極為導(dǎo)體且存在活性差異；看回路，形成閉合回路或者兩極直接接觸；看有無(wú)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，原電池應(yīng)該是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

二、原電池的正、負(fù)兩極的正確判斷

在高中化學(xué)教學(xué)中，金屬活動(dòng)順序表是正確判斷出原電池的正、負(fù)兩極的重要基礎(chǔ)。原電池正負(fù)兩極的確定方法有幾種，如果題目給出的信息不同，判斷的方法也不同，一般可分為以下幾種。

1.由兩極的金屬活潑性的強(qiáng)弱判斷

以“金屬性相對(duì)活潑的一極為負(fù)極─金屬性相對(duì)不活潑的一極或?qū)щ姷姆墙饘贋檎龢O”如：

Mg─Al─稀HCl；負(fù)極為：Mg；正極為：Al。

Zn─Cu─稀H2SO4；負(fù)極為：Zn；正極為：Cu。

也有一些特殊電池，其正負(fù)極不僅要看電極的相對(duì)活潑性還得由電解質(zhì)溶液決定。如：

Mg─Al─NaOH；負(fù)極為：Al；正極為：Mg。

2.由電極變化情況確定

⑴若某一電極不斷溶解或質(zhì)量不斷減少，該電極發(fā)生氧化反應(yīng)，則此電極為負(fù)極。

⑵若某一電極上有氣體產(chǎn)生或電極的質(zhì)量不斷增加或不變則該電極發(fā)生還原反應(yīng)為正極。

3.兩極都是惰性電極時(shí)的情況

如果兩極都是惰性電極時(shí)，一般為燃料電池，則燃料氣體為負(fù)極，助燃?xì)怏w為正極；為濃差電池時(shí)陽(yáng)離子濃度高的一極為正極。

三、電極反應(yīng)的書寫

⑴如果題目給定的是圖示裝置，先分析正負(fù)極，再根據(jù)正負(fù)極反應(yīng)規(guī)律去寫電極反應(yīng)式。

⑵如果題目給定的是新型燃料電池，其總反應(yīng)一般比較好寫，可先分析反應(yīng)中的負(fù)極或正極反應(yīng)，再選擇一個(gè)簡(jiǎn)單變化情況去寫負(fù)極或正極反應(yīng)，在電子得失守恒的前提下，另一電極的反應(yīng)式，用總反應(yīng)式減去已寫好的反應(yīng)式，即為正極或負(fù)極反應(yīng)式。經(jīng)對(duì)近幾年高考試題分析，我們可以發(fā)現(xiàn)一般的新型燃料電池正極反應(yīng)一般為：

①堿性環(huán)境下：O2+2H2O+4e-=4OH-

②酸性環(huán)境下：O2+4H++4e-=2H2O

③允許O2-通過(guò)的熔融狀態(tài)下：O2+4e-=2O2-

④熔融的碳酸鹽：O2+4e-+2CO2=2CO32-

例1：一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳，試寫出該電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。

[分析]先寫出總電極反應(yīng)方程式，這學(xué)生很容易完成。

總電極反應(yīng)方程式：

2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

在酸性溶液中，電池正極反應(yīng)：

O2+4H++4e-=2H2O

筆者在這方面也做了許多嘗試，比如作品《水墨徽語(yǔ)》，以江南水鄉(xiāng)民居的整體村落為原型來(lái)設(shè)計(jì)。一直以來(lái)徽派建筑被看作是江南的一個(gè)符號(hào)，它與傳統(tǒng)水墨神似，青瓦白墻，高低參差，大小錯(cuò)落，靜沐于江南煙雨中，整體意境唯美和諧，同時(shí)有著強(qiáng)烈的節(jié)奏感、韻律感、秩序感。此外，筆者在白墻中融入水墨元素，使古典之意境更加深厚。

讓得失電子總數(shù)相等，即給電池正極反應(yīng)：

O2+4H++4e-=2H2O兩邊同乘以3后，可得電池正極反應(yīng)：

3O2+12H++12e-=6H2O

然后用總電極反應(yīng)方程式：

2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O減去

3O2+12H++12e-=6H2O，得到負(fù)極電極反應(yīng)方程式：

2CH3OH+12e-+2H2O=2CO2+12H+

例2：若用CH4做燃料，氫氧化鉀作電解質(zhì)溶液，寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。

[分析]總反應(yīng)：

CH4+2O2=CO2+2H2O，因氫氧化鉀作電解質(zhì)溶液，CO2會(huì)與氫氧化鉀反應(yīng)，

CO2+2OH-=CO32-+H2O，故總反應(yīng)式應(yīng)為兩者相加：

CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O

此時(shí)電池正極反應(yīng)：

O2+2H2O+4e-=4OH-

由于轉(zhuǎn)移電子數(shù)不相等，給正極反應(yīng)乘以2，然后用總式減去正極反應(yīng)式，得到負(fù)極反應(yīng)式：

CH4+10OH-=CO32-+7H2O+8e-

希望通過(guò)以上圍繞原電池電極方程式書寫技巧展開(kāi)的內(nèi)容能對(duì)同學(xué)們的學(xué)習(xí)提供幫助，從而漸漸掌握電極方程式的書寫方式，為高考少失分奠定基礎(chǔ)。