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从高考试题看电极反应方程式的书写 作者：华清中学 王桐恕摘要：以高考试题为载体，运用守恒观给出电极方程式书写的规律和方法。 关键词：电极反应；化合价变化；电荷守恒；元素守恒；高考试题。 电极反应方程式（包括原电池、电解池）是氧化还原反应的半反应，结合电解质溶液的性质，运用化合价变化写出主要产物，再结合电荷守恒、元素守恒写出没有价态变化的反应物和生成物。笔者拜读了2013年1-2合期中化教参黄金泉老师的文章简析几道“异曲同工”的江苏化学高考题54-55页，又分析了2012年全国各地高考试题涉及到电化学中电极反应方程式书写的问题，结合高校教材现代化学原理，笔者想给出一个具有普遍性、规律性、可操作性、适合于中学教师及学生的书写方法。 首先写出有化合价变化的反应物与生成物，形式为：正极（阴极）氧化剂+ne- 还原产物；负极（阳极）还原剂-ne- 氧化产物。产物价态变化的具体形式一是通过无机元素化合物的性质，二是通过试题给出已知条件可判断出来。其次运用电荷守恒、元素守恒结合电解质溶液的性质写出电极反应方程式中没有价态变化的反应物及产物。具体方法是：正极（阴极）若氧化剂是中性分子得到ne- 个电子在还原产物或其他产物中没有体现n个单位负电荷的阴离子则在反应物中加n 个单位正电荷的阳离子，所加阳离子正好是电解质提供的，并且参与电极中无价态变化的反应。如果电介质中的阳离子不参与反应，则不能写在电极方程式中。此时在其他产物中必然生成阴离子，而且该阴离子正好是电解质中的阴离子，反应物中所加的是电解质溶液中的中性分子，依据是元素守恒。其形式是：氧化剂+ne- +电解质中的阳离子还原产物+其他产物或氧化剂+ne- +电解液中的中性分子还原产物+电解质的阴离子。若氧化剂是阴、阳离子依电荷守恒同样可得。同理：负极（阳极）有：还原剂-ne- +电解质中的阴离子氧化产物+其他产物或还原剂-ne- +电解液中的中性分子氧化产物+电解质的阳离子。下面简要分析几道高考试题。例1：【2012年江苏卷20题第（3）问】铝电池性能优越AlAgO电池可用作水下动电源，其原理如图1所示。该电池反应化学方程式为。解析：Al是负极依Al的性质在碱性溶液中失去电子以AlO2- 形式存在。所以有Al-3e- AlO2-,单质失去电子没有产生阳离子，依电荷守恒在方程式左边加阴离子，该阴离子恰好为电解质NaOH中的OH-，并且参与了电极反应。Al-3e- + 4OH- =AlO2- + 2H2O。方程式OH-前面的系数“4”为失去3个e-，并形成带一个单位负电荷的AlO2-，“3+1”的为H2O是依元素守恒所得。正极反应物为AgO。如果不写电极方程式，正如黄金泉老师在文中所述无论把Ag看成+1价还是+2价不影响总方程式的书写。但写电极方程式必须知道Ag为+2价（试题一般会有提示的）。依题意可写出：AgO+2e- Ag，中性分子得到电子后还原产物中没有阴离子则在方程式左边加电解质的阳离子Na+，而Na+不参与该电极反应，所以在生成物中必然产生与电解质阴离子相同的阴离子，2个OH-在依元素守恒左边加电解质溶液的中性分子H2O即：AgO+2e- +H2O=Ag+2OH-。使正、负极得失电子总数相等并叠加得总反应式： 3AgO+2Al+2OH- +AlO2-+3Ag+H2O 化学方程式为：3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O 例2：【2011年江苏20题第（4）问】点解尿素【CO(NH2)2】的碱性溶液制氢的装置示意图见图2（电解池中的隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极为惰性电极）。点解时，阳极的电极反应式为。 解析：在阳极有N2生成，说明尿素是阳极反应物，N元素由-3价到0价，C元素为+4价，在碱性条件下以CO32-存在，所以有：CO(NH2)2-6e- N2+CO32-。由中性分子失去6个电子不但没有产生阳离子，反而又生成了2个单位负电荷的阴离子，依电荷守恒左边加电解质中的阴离子6+2=8个OH-，OH-并且参与电极反应使+4价的羰基碳转变为CO32-。再依元素守恒写出右边生成的H2O。最终阳极电极反应可写成：CO(NH2)2-6e- +8OH- =N2+CO32-+6H2O。例3：【2012年全国新课标26题第（4）问部分】与MnO2 - Zn电池类似，K2FeO4 - Zn也可以组成碱性电池，KFeO4在电池中作为正极材料其电极反应方程式为。解析：从题中其它问中知道：KFeO4中+6Fe变为+3Fe，得到3个e-在碱性溶液中形成Fe(OH)3，可写为FeO42- + 3e- Fe(OH)3,由负二价阴离子得到3个e-并生成中性分子。依电荷守恒左边加电解质的阳离子Na+（或K+），但Na+（或K+）不参与电极反应，所以不能选那么在右边的非还原产物中必然产生与电解质相同的阴离子OH-，并且为2+3=5个（电荷守恒）再依元素守恒左边加电解质溶液中的H2O。最终正极方程式可写成: FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3+ 5OH-例4：【2012海南第13题第（4）问】肼-空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极电极反应式：。解析：以题中的其他问中可以知道N2H4的氧化产物是N2，所以有:N2H4-4e-N2，中性分子失去电子没有产生阳离子，依电荷守恒左边加与电解质有关的阴离子4个OH-。再依元素守恒右边生成4个H2O。所以，负极电极反应式为：N2H4-4e- + 4OH- = N2 + 4H2O。有兴趣的话，广大师生可以对各类燃料电池、二次电池、新型高能电池、各类电解电极方程式书写进行试探，该方法无不准确。参考文献【1】中学化学教学参考2013，（1-2）：黄金泉54-55【2】现代化学原理金若水 王韵华 苪承国编 上册第15章419-423据考试大纲要求学生会书写电极反应的原电池的基本形式有如下几类：1、 金属与酸（H+）、盐 (Mn+)构成的原电池金属与酸（H+）、盐 (Mn+)构成的原电池是最基本的一类原电池，也是学生要重点掌握的一类原电池，这类原电池的实质是负极金属失电子被氧化， 正极H+、Mn+得电子被还原，可根据原理直接书写，如：2、 金属与碱反应的非置换反应类型原电池这类原电池在中学阶段主要是铝和其它金属或非金属碳在氢氧化钠溶液中形成的原电池，其总反应为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2，该电池的实质是负极金属铝失电子被氧化为Al3+，然后是Al3+ + 4OH- = AlO2- +2H2O,因此负极的电极反应应为：2Al + 8OH- -6e- = 2AlO2- +4H2O；而正极是H2O得电子被还原生成H2，故正极反应为：6 H2O+6e- =6 OH-+3 H2。 3、 金属的吸氧腐蚀类原电池金属的吸氧腐蚀(如钢铁的吸氧腐蚀)类原电池一般是金属在弱酸性、中性或碱性电解质溶液中形成的原电池，其总反应的基本形式是M + O2 + H2O M(OH)n，因此这类原电池的负极反应一般为：M ne- = Mn+; 正极的反应一般是：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-。但要注意的是碱性电解质和弱酸性、中性电解质溶液中负极反应的差异及现象的不同，如：再如航海上的Al-海水-空气电池，其总反应为：4Al + 3O2 + 6 H2O = 4 Al(OH)3，故其负极反应为：4Al-12 e-=4Al3+ 正极反应：3O2 + 6H2O + 12e- = 12OH-1、 原电池电极反应：比较复杂的是燃料电池（电解质溶液为KOH、NaOH）书写要点：抓住电荷守恒。如CH4、C2H5OH等负极电极反应式：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O； C2H5OH-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O再如Al、NaOH电池：2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O二、电解池电极反应分类记忆：（电极为惰性电极。找出溶液中所有阴离子，确定放电顺序Cl-OH-含氧酸跟、找出所有阳离子，确定放电顺序与金属活动顺序相反。其中Fe3+Cu2+）1、电解水（强酸强碱盐溶液、强含氧酸、强碱溶液）阴极反应：4H+4e-=2H2 阳极反应：4OH-4e-=2H2O+O22、电解电解质（无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液）如HCl、CuCl2阴极反应：2H+2e-=H2 Cu+2e-=Cu 阳极反应：2Cl-2e-=Cl23、电解水和电解质（不活泼金属的含氧酸盐溶液）如CuSO4、AgNO3阴极反应：2Cu+4e-=2Cu 4Ag+4e-=4Ag 阳极反应：4OH-4e-=2H2O+O2一般来说，写燃料电池反应，可以先写正极反应（一般都是氧气）和总反应。然后通过总反应减去正极，得出负极的电极反应。总反应还要看电解质溶液为酸性还是碱性，一般碱性的居多。如果为酸性电解质溶液，总反应就为这种物质燃烧的方程的式子。如果为碱性电解质溶液，总反应就为这种物质燃烧后的产物再跟碱反应得出的方程。就以辛烷为例。（以KOH为电解质溶液）写总方程，先写出燃烧方程式：（减得方法可以相当于数学中的移项，先全部移到左边，减完在移回右边，当然移的时候符号也要改变） 补充：写电极反应方程式一定要注意两极的电子一定要一样。就是说正极得到多少个，负极也要失去多少个。不一样的，把系数翻倍。第一步，先写出燃料电池的总反应方程式；第二步，再写出燃料电池的正极反应式；第三步，在电子守恒的基础上用燃料电池的总反应式减去正极反应式即得到负极