高考之原電池及電解池電極反應(yīng)方程式的書寫

高艷雅

摘 要：原電池的相關(guān)內(nèi)容在歷年的高考題中非常重要。只要能夠正確寫出原電池或者電解池的電極反應(yīng)方程式，幾乎所有的問題都會(huì)迎刃而解。

關(guān)鍵詞：原電池；電解池；電極反應(yīng)方程式

原電池和電解池知識是中學(xué)化學(xué)中的重要基本概念，也是近年來高考的熱點(diǎn)。在學(xué)習(xí)電化學(xué)模塊知識時(shí)，學(xué)生最感到困難的是電極反應(yīng)式的書寫?，F(xiàn)以全國卷高考試題為例，探究一下較復(fù)雜原電池或者電解池的電極反應(yīng)的書寫方法。

一、實(shí)例解析

例一（2015年全國卷一）11.微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯(cuò)誤的是（ ）

A.正極反應(yīng)中有CO2生成

B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移

C.質(zhì)子通過交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)

D.電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

解析：氧氣中的氧元素是零價(jià)，參與原電池反應(yīng)，氧氣只能得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，所得氧氣參加反應(yīng)的一級為正極，該原電池為有機(jī)物葡糖糖的燃料電池。所以其電極反應(yīng)式如下：負(fù)極：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，正極：6O2+24H++24e-=12H2O，總反應(yīng)式：C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O電極反應(yīng)方程式清晰以后再進(jìn)行該原電池的相關(guān)分析就會(huì)非常簡單。A.根據(jù)正極反應(yīng)方程式，正極產(chǎn)生的H2O而不是CO2。B.微生物顯然對該反應(yīng)起到促進(jìn)或者說催化作用。C.兩極區(qū)之間是質(zhì)子交換膜，根據(jù)兩電極反應(yīng)方程式可以看出，H+在負(fù)極區(qū)產(chǎn)生正極區(qū)消耗，所以H+應(yīng)該是從負(fù)極去移向正極區(qū)，故選A。

二、方法總結(jié)

由上述實(shí)例可知，如果能夠正確寫出電極反應(yīng)則很多問題可以迎刃而解。現(xiàn)在我們根據(jù)上述試題中電極反應(yīng)方程式的書寫，總結(jié)一下原電池池電極反應(yīng)方程式的書寫方法。

1.正負(fù)極的確定

詳細(xì)分析題目所提供的相關(guān)信息，特別注意各電極區(qū)的投入物質(zhì)和排出物質(zhì)。

（1）根據(jù)兩電極投入物質(zhì)的還原性或者氧化性強(qiáng)弱來判斷正負(fù)極；（2）根據(jù)某電極已投入物質(zhì)和生成物質(zhì)中元素化合價(jià)的變化情況確定正負(fù)極；（3）根據(jù)題目中已提供總反應(yīng)方程式中的得失電子情況確定正負(fù)極。

2.電極方程式的書寫

（1）確定某一電極中化合價(jià)發(fā)生變化的反應(yīng)物和生成物；

（2）根據(jù)變價(jià)元素化合價(jià)的改變確定得失電子的個(gè)數(shù)。（3）確定化合價(jià)沒有發(fā)生變化的反應(yīng)物或者生成物。根據(jù)得失電子具體個(gè)數(shù)、反應(yīng)物與生成物中各陰陽離子所帶電荷并結(jié)合電解質(zhì)溶液，找出缺少的反應(yīng)物或者是生成物。

三、規(guī)律應(yīng)用

例二（2014年全國卷二）12.2013年3月我國科學(xué)家報(bào)道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯(cuò)誤的是（ ）

A.a為電池的正極

B.電池充電反應(yīng)為LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi

C.放電時(shí)，a極鋰的化合價(jià)發(fā)生變化

D.放電時(shí)，溶液中的Li+從b向a遷移

解析：（1）確定正負(fù)極。由圖中信息可知，b極有活潑金屬Li做電極，Li的還原性較強(qiáng)，顯然Li電極是放電時(shí)的負(fù)極，a是正極。（2）得失電子及生成物質(zhì)確定。負(fù)極b比較直接，負(fù)極：Li-e-—Li+。結(jié)合題目選項(xiàng)所給信息，顯然a極的變化情況應(yīng)該是Li1-xMn2O4變成LiMn2O4，其中Mn元素的電子化合價(jià)降低。活潑金屬Li放電前和放電后都是在化合物中存在，所以化合價(jià)一直是正價(jià)不存在得失電子情況。Li1-xMn2O4+e-→LiMn2O4。（3）配平并檢驗(yàn)。負(fù)極產(chǎn)生Li+，正極反應(yīng)物和生成物中相差x個(gè)Li+，顯然負(fù)極生成的Li+移向了正極。故正極反應(yīng)式為Li1-xMn2O4+xLi++xe-=LiMn2O4。根據(jù)電荷守恒最終確定不過負(fù)極反應(yīng)式為xLi-xe-=xLi+。綜上分析該題答案：選C。

對于原電池和電解池電解反應(yīng)方程式的書寫，最關(guān)鍵是找出得失電子的粒子以及它們得失電子后所變成的粒子，然后再根據(jù)得失電子守恒配平化合價(jià)發(fā)生變化的元素的原子，最后結(jié)合電解質(zhì)溶液以及電荷守恒元素守恒對其配平即可。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳全世，仇斌，謝起成.燃料電池[M].清華大學(xué)出版社，2005.