原电池电极反应式的书写

原电池电极反应式的书写

孟凡涛

河南省济源三中孟凡涛

2011年河南省高考考纲对电化学这部分考查知识表述为：“了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理”。可见考查的重点就是电极反应式的书写。在高三化学复习中，许多学生对电化学复习效果不佳，主要在于原电池中电极反应式的书写存在较大困难，若能掌握一定的书写规律，则会达到融会贯通，事半功倍的效果。分析近年来的高考试题，电极反应式的书写主要有两大类型：一是根据题给电池反应方程式书写；二是根据题意文字叙述书写。

现结合我多年的教学经验，以燃料电池为例，谈谈如何书写电极反应式。

将两个铂片插入溶液中作为电极，在两极区分别通入甲烷和氧气构成燃料电池，则通入甲烷气体的电极是原电池的_______，电极反应式为_______________，通入氧气气体的电极是原电池的_______，电极反应式为_______________。

第一步，确定总反应和正负极。因为原电池反应是氧化还原反应，其中氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生。正极反应一定是还原反应，即化合价降低的反应，负极反应一定是氧化反应，即化合价升高的反应。很明显，本题中的总反应就是甲烷与氧气的反应，通入甲烷的一极为负极（甲烷碳的化合价由－4价升高到＋4价），通入氧气的一极为正极（氧气氧的化合价由0价降低到－2价）。

第二步，根据反应介质确定生成物，同时根据化合价升降的总数确定得失电子数。负极反应是甲烷的碳－4价生成＋4价的反应，如果是酸性环境就生成CO2，碱性环境就生成碳酸盐。溶液为碱性环境，负极反应先写成：CH4→CO32－；然后根据化合价升降确定得失电子数，碳的化合价由－4价升高到＋4价，即失去8个电子：CH4－8e－→CO32－。正极反应是氧气氧的化合价由0价降低到－2价O2－的反应，如果是酸性环境O2－就生成H2O，碱性环境O2－就生成OH－。很明显，本题是溶液，所以先写成：O2→OH－，氧的化合价由0价降低到－2价，即得到4个电子：O2＋4e－→OH－。

第三步，根据方程两边先电荷守恒再质量守恒。负极反应：CH4－8e－→CO32－，左边8个正电荷，右边2个负电荷，如果是酸性环境左边加H2O右边补充H+，碱性环境左边补充OH－右边补充H2O，本题介质属于碱性环境。

负极反应写成：CH4－8e－＋10OH－→CO32－，只有左边补充10OH－才能电荷守恒。最后根据氢的个数质量守恒：CH4－8e－＋10OH－===CO32－＋7H2O。

正极反应：O2＋4e－→OH－，左边4个负电荷，右边1个负电荷，右边补充3个OH－才能电荷守恒。正极反应写成：O2＋4e－→4OH－，最后根据氢的个数质量守恒：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

综合正负极反应，两方程式的得失电子数应该相等，所以正极反应为：

2O2＋8e－＋4H2O===8OH－

下面对两种类型的原电池运用上述方法进行分析。

1.仅有一个电极材料参与反应

例1我国首创的以铝—空气—海水电池为能源的新型航标灯，它以海水为电解质溶液，利用空气中的氧使铝不断氧化产生电流，写出这种电池的电极材料和电极反应式。

解析第一步确定总反应和正负极，分析题意本反应的实质是铝与氧气的反应，铝化合价升高为＋3价，氧化合价降低为－2价，铝为负极，氧气为正极。

第二步根据反应介质确定生成物。介质中性，Al生成Al3+化合价变化3，O2生成OH－化合价变化4。则负极反应为：Al－3e－→Al3+，正极反应为：O2＋4e－→4OH－

第三步依据得失电子守恒配平方程式，即

2.两电极材料均参与反应

例2电子表和电子计算器中常用一种微型纽扣原电池，它以锌为负极，氧化银为正极，氢氧化钾溶液为电解质溶液，这种电池工作时，其正极反应是（）。

解析第一步确定总反应和正负极，本题已给出正负极，本步骤省略。第二步根据反应介质确定生成物。介质为碱性，所以不能出现H+。答案选D。

例3写出Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O的电极反应式。

解析第一步确定总反应和正负极。可充电电池一般题目已知总化学方程式，再利用负极发生氧化反应，正极发生还原反应，列出正负极。

第二步根据反应介质确定生成物，负极和正极均生成PbSO4，同时根据化合价升降总数确定得失电子数，先写出：Pb－2e-→PbSO4；PbO2＋2e-→PbSO4。

第三步根据方程两边先电荷守恒再质量守恒。根据原子守恒得负极左边加1molSO42-；正极左边加入1molSO42-、4molH+。即

负极：Pb－2e-＋SO42-===PbSO4

正极：PbO2＋2e-＋4H+＋SO42-===PbSO4＋2H2O