穆建朝

原電池電極反應(yīng)式的書寫不僅是電化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，更是高考考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一，現(xiàn)就如何正確書寫電極反應(yīng)式小結(jié)如下：

一、原電池工作原理

原電池反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，區(qū)別于一般的氧化還原反應(yīng)的是：電子轉(zhuǎn)移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的，而是還原劑在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子通過外電路輸送到正極上，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉(zhuǎn)移.兩極之間溶液中離子的定向移動(dòng)和外部導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)構(gòu)成了閉合回路形成電流，使兩個(gè)電極反應(yīng)不斷進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化.

從能量轉(zhuǎn)化角度看，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；從化學(xué)反應(yīng)角度看，原電池是氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行.

二、原電池構(gòu)成條件

（1）反應(yīng)為自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，這是原電池形成的前提.

（2）電極材料：由兩種金屬活動(dòng)性不同的金屬或由金屬與其他導(dǎo)電的材料（非金屬或某些氧化物等）組成.

（3）兩電極必須浸泡在一定的電解質(zhì)溶液中.

（4）兩電極之間形成閉合回路.

只要具備以上四個(gè)條件就可構(gòu)成原電池.可以提供持續(xù)而穩(wěn)定的電流.

1.電極材料構(gòu)成： ①.活潑性不同的金屬.如鋅銅原電池，鋅作負(fù)極，銅作正極；②.金屬和非金屬（非金屬必須能導(dǎo)電）.如鋅錳干電池，鋅作負(fù)極，石墨作正極；③.金屬與化合物.如鉛蓄電池，鉛板作負(fù)極，二氧化鉛作正極；④.惰性電極.如氫氧燃料電池，電極均為鉑.

2.電解質(zhì)選擇：電解質(zhì)溶液一般要能與負(fù)極材料發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng).

3.正負(fù)極判斷：①.還原劑作負(fù)極.負(fù)極材料或還原劑在負(fù)極材料上失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；②.氧化劑作正極.正極材料或氧化劑在正極材料上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng).注意電極材料與氧化劑還原劑的關(guān)系：電極材料可能是氧化劑和還原劑，也可能是僅起導(dǎo)電作用的材料.

電子由負(fù)極流出，經(jīng)外電路流向正極，電流由正極出發(fā)經(jīng)外電路流向負(fù)極. 溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極.

注意：原電池負(fù)極的判斷應(yīng)根據(jù)其本質(zhì)進(jìn)行判斷：較易與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的電極是原電池的負(fù)極，不能一味根據(jù)金屬的活潑性進(jìn)行判斷.

三、原電池電極反應(yīng)方程式書寫規(guī)則

1.從理論上講，任何一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成為一個(gè)原電池.其中還原劑失電子作電池的負(fù)極，氧化劑得電子作電池的正極.

2.轉(zhuǎn)移電子數(shù)目.根據(jù)所含元素在反應(yīng)前后化合價(jià)變化情況而定：負(fù)極所含元素化合價(jià)升高了幾價(jià)，一個(gè)原子就失去幾個(gè)電子；正極所含元素化合價(jià)降低了幾價(jià)，一個(gè)原子就得到幾個(gè)電子.

3.注意原子得失電子后所產(chǎn)生的新粒子在電解質(zhì)溶液中存在形式的變化規(guī)律.① H+：在中性、酸性溶液中，仍為H+；在堿性溶液中，H+結(jié)合OH-生成H2O；②O2-：在酸性溶液中，O2-結(jié)合H+生成H2O，O2-+2H+H2O；在中性、堿性溶液中，O2-結(jié)合H2O生成OH-，O2-+H2O2OH-；③CO2：在中性、酸性溶液中，仍為CO2 ；在堿性溶液中，CO2結(jié)合OH-生成CO2-3，CO2+2OH-CO2-3+H2O.④金屬陽離子：可能會結(jié)合電解質(zhì)溶液中的某些陰離子生成其它離子或難溶性物質(zhì).

4.原電池的總反應(yīng)式是正極反應(yīng)式和負(fù)極反應(yīng)式的疊加和.遵循電子守恒：負(fù)極反應(yīng)失去的電子總數(shù)等于正極反應(yīng)得到的電子總數(shù).

5.原電池的總反應(yīng)式、電極反應(yīng)式，都必須滿足電子守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒.

例1甲烷燃料電池，堿溶液為電解質(zhì)溶液.

解析自發(fā)的氧化還原反應(yīng)為CH4與O2反應(yīng).O2為氧化劑得電子參與正極反應(yīng)，在強(qiáng)堿性溶液中，O2得4e-產(chǎn)生的O2-與H2O結(jié)合生成OH-，故正極反應(yīng)式為：O2+4e-+2H2O4OH-.CH4為還原劑失電子參與負(fù)極反應(yīng)，碳元素化合價(jià)由-4價(jià)變?yōu)?4價(jià)，1 mol CH4失去8 mol電子，C轉(zhuǎn)化成CO2在堿性條件下以CO2-3形式存在，產(chǎn)生的H+在堿性條件下結(jié)合OH-生成H2O.再根據(jù)碳原子守恒（配平CO2-3化學(xué)計(jì)量數(shù)）、電荷守恒（配平OH-化學(xué)計(jì)量數(shù)）、氫原子守恒配平，即可得到負(fù)極反應(yīng)式.或者可用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式（遵循電子守恒）得負(fù)極反應(yīng)式：CH4-8e-+10OH-CO2-3+7H2O.總反應(yīng)式為為：CH4+2O2+2OH-CO2-3+3H2O.

例2鉛蓄電池（放電）

解析自發(fā)的氧化還原反應(yīng)為Pb和PbO2反應(yīng).Pb為還原劑失電子做負(fù)極，Pb由0價(jià)變?yōu)?2價(jià)，Pb失去2個(gè)電子生成Pb2+，Pb2+結(jié)合溶液中的SO2-4生成PbSO4.負(fù)極電極反應(yīng)式為：Pb-2e-+SO2-4PbSO4；PbO2為氧化劑做正極，鉛元素化合價(jià)由+4價(jià)變?yōu)?2價(jià)，得2e-變?yōu)镻b2+，Pb2+結(jié)合溶液中的SO2-4生成PbSO4，產(chǎn)生的O2-在酸性溶液中結(jié)合H+生成H2O.所以正極電極反應(yīng)式為： PbO2+2e-+SO2-4+4H+PbSO4+2H2O.總反應(yīng)式：Pb+PbO2+4H++2SO2-42PbSO4+2H2O.

練習(xí)1有人設(shè)計(jì)以Pt和Zn為電極材料，埋入人體內(nèi)作為某種心臟病人的心臟起搏器的能源.它依靠跟人體內(nèi)體液中含有一定濃度的溶解氧、H+和Zn2+進(jìn)行工作，試寫出該電池的電極反應(yīng)式.

練習(xí)2甲醇燃料電池，堿或酸作為電解質(zhì)，試寫出其電極反應(yīng)式.

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