原電池中電極反應(yīng)式的書寫

來源：網(wǎng)絡(luò)來源 2009-08-27 10:50:19

　　原電池中電極反應(yīng)式的書寫
　
　　電化學(xué)學(xué)習(xí)中電極反應(yīng)式的書寫成為學(xué)生學(xué)習(xí)這部分知識的攔路虎，掌握電極反應(yīng)式的書寫規(guī)律和技巧是學(xué)好電化學(xué)的前提。筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和對近些年高考原題的研究，對電極反應(yīng)式的書寫歸納如下。

　　一、原電池電極反應(yīng)式的書寫

　　（一）原則：

　　負(fù)極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)（一般是負(fù)極本身失電子）

　　正極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)（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(yīng)式（電池反應(yīng)）=正極反應(yīng)式+負(fù)極反應(yīng)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(yīng)用原電池原理，充電的過程應(yīng)用電解池原理。

　　（二）具體分類判斷

　　1.第一類原電池：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(zhuǎn)移的氧化還原反應(yīng)，一般是置換反應(yīng)；③兩電極插入電解質(zhì)溶液中且用導(dǎo)線連接。

　　方法：先找出兩極相對活潑性，相對活潑的金屬作負(fù)極，負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，形成陽離子進(jìn)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(qiáng)弱順序在正極上得到電子還原反應(yīng)，析出金屬或氫氣，正極材料不參與反應(yīng)。如：Mg—Al—HCl溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Mg。但Mg—Al—NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Al（Mg與NaOH溶液不反應(yīng)，Al是兩性金屬，可以與NaOH溶液反應(yīng)）。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(yīng)考慮其與電解質(zhì)之間的后續(xù)反應(yīng)。

　　如：Mg、Al在堿性環(huán)境中構(gòu)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(yīng)：2Al+2OH-+6H2O=2AlO2-+3H2↑+4H2O

　　∴負(fù)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(wěn)定存在，會(huì)與OH-（過量）結(jié)合轉(zhuǎn)化為AlO2-

　　2.第二類原電池：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(yīng)，電解質(zhì)溶液只起導(dǎo)電作用。正極一般是吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e-＝4OH－。微電池(即若干微小的原電池)為不正規(guī)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(qū)別在于前者中兩個(gè)電極不直接接觸，故前者電流是在導(dǎo)線中流動(dòng)，而后者電流是在金屬體內(nèi)部流過。微電池腐蝕分為析氫腐蝕(發(fā)生在酸性較強(qiáng)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(yīng)（主要是負(fù)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(yīng)，但其總反應(yīng)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(yīng)，再寫出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的方程式，從而得到總反應(yīng)方程式。由于在反應(yīng)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，即可寫出正極的電極反應(yīng)式：O2+4e+2H2O=4OH_①(該反應(yīng)式為常見的絕大多數(shù)燃料電池的正極反應(yīng)式)。若此時(shí)電解質(zhì)溶液為酸性，則反應(yīng)過程可以理解為：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(jié)合成H20，故正極反應(yīng)式應(yīng)為：O2+4e-＋4H+＝2H2O②若電解質(zhì)為中性或堿性時(shí)，則正極反應(yīng)式就只是①。此時(shí)負(fù)極反應(yīng)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(yīng)式：（以氫氧燃料電池為例）

　　解析：H2、O2燃料電池中反應(yīng)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(yīng)，故電極反應(yīng)也相應(yīng)不同：

　　①、酸性環(huán)境中：H+能穩(wěn)定存在，O2-會(huì)與H+結(jié)合成H20，

　　負(fù)極：2H2-4e-=4H+正極：O2+4H++4e-=2H2O

　　②、堿性環(huán)境中：H+不能穩(wěn)定存在會(huì)與OH-結(jié)合成水，而O2-也不能穩(wěn)定存在會(huì)與水結(jié)合形成OH-

　　負(fù)極：2H2-4e-+4OH-=4H20正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

　　③、中性環(huán)境中：H+能穩(wěn)定存在：02-會(huì)與H20結(jié)合成OH-：

　　負(fù)極：2H2-4e-=4H+正極：O2+2H20+4e-=4OH-

　　④、在能傳導(dǎo)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(jié)合形成水

　　負(fù)極：2H2-4e-+2O2-=2H2O正極：O2+4e-=2O2-