張亞奇

在高中化學(xué)教學(xué)中，電極反應(yīng)式的書寫是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，許多學(xué)生都感到困難。實(shí)際上，快速、正確書寫原電池和電解池的電極反應(yīng)式是有一些基本原則的，具體如下：

（1）原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；電解池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)。

（2）通常狀況下，電解池中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)先后的順序是：活潑電極>S■>I■>Br■>Cl■>OH■>含氧酸根>F■；陰極發(fā)生還原反應(yīng)的先后順序是：Ag■>Fe■>Cu■>H■>……>Fe■>……

（3）電極反應(yīng)式作為一種特殊的離子反應(yīng)方程式，必然應(yīng)遵循質(zhì)量守恒、電荷守恒規(guī)律。

（4）兩極反應(yīng)相加，應(yīng)是原電池或電解池發(fā)生的總反應(yīng)式。

下面我們以一些習(xí)題為例，從中體會電極反應(yīng)式的書寫技巧。

一、原電池電極反應(yīng)式

負(fù)極電極是還原材料失去電子被氧化發(fā)生氧化反應(yīng)，正極電極反應(yīng)要分析電極材料的性質(zhì)：若電極材料是強(qiáng)氧化性材料，則是電極材料得電子被還原，發(fā)生還原反應(yīng)；若電極材料是惰性的，再考慮電解質(zhì)溶液中的陽離子是否能與負(fù)極材料反應(yīng)，則是溶液中的陽離子得電子，發(fā)生還原反應(yīng)；若不能與負(fù)極材料反應(yīng)，則考慮空氣中的氧氣，由氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。

例1：分別寫出以下四幅圖中發(fā)生的電極反應(yīng)。

分析：圖（1）中，Mg比Al活潑，失去電子，H■得電子，正極：2H■+2e■=H■，負(fù)極：Mg-2e■=Mg■，總反應(yīng)：Mg+2H■=Mg■+H■。

圖（2）中，Mg不與NaOH溶液反應(yīng)，Al失電子，H■O得電子，正極：6H■O+6e■=3H■↑+6OH■，負(fù)極：2Al+8OH■-6e■=2AlO■■+4H■O。總反應(yīng)：2Al+2OH■+2H■O=2AlO■■+3H■↑

圖（3）中，F(xiàn)e被鈍化，Cu失電子，NO■■得電子，總反應(yīng)：Cu+4H■+2NO■■=2NO■↑+Cu■+2H■O，正極：4H■+2NO■■=2NO■↑+2H■O，負(fù)極：Cu-2e■=Cu■。

圖（4）中，發(fā)生的是吸氧腐蝕，F(xiàn)e失電子，O■得電子，正極：O■2H■O+4e■=4OH■，負(fù)極：2Fe+4OH■-4e■=2Fe（OH）■↓，總反應(yīng)：2Fe+O■+2H■O=2Fe（OH）■↓。

例2：CH■燃料電池是用導(dǎo)線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后向兩極分別通入CH■、O■構(gòu)成。請寫出該電池的相關(guān)電極反應(yīng)式。

分析：該電池的總反應(yīng)歷程如下，CH■+2O■=CO■+2H■O，CO■+2KOH=K■CO■+H■O，總反應(yīng)為：CH■+2O■+2OH■=CO■■+3H■O。O■在正極得電子，反應(yīng)歷程如下：2O■+8e■=8O■，8O■+4H■O=8OH■，所以，正極反應(yīng)式：2O■+4H■O+8e■=8OH■；負(fù)極可以由總反應(yīng)減去正極反應(yīng)式得到，負(fù)極反應(yīng)式：CH■+10OH■-8e■=CO■■+7H■O。

例3：阿波羅宇宙飛船上使用的是氫氧燃料電池，其電池總反應(yīng)為：2H■+O■=2H■O，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其電極反應(yīng)式分別為：

負(fù)極？搖？搖 ？搖？搖？搖？搖？搖？搖，正極？搖？搖 ？搖？搖？搖 ？搖？搖？搖。

若電解質(zhì)溶液改為稀H2SO4，其電極反應(yīng)式分別為：

負(fù)極？搖 ？搖？搖？搖？搖？搖？搖？搖，正極？搖？搖？搖？搖？搖？搖 ？搖？搖。

分析：電解質(zhì)溶液為堿性，在書寫電極反應(yīng)式時可出現(xiàn)OH■，但不能出現(xiàn)H■；同時，電解質(zhì)溶液為酸性，在書寫電極反應(yīng)式時可出現(xiàn)H■，但不能出現(xiàn)OH■。

答案：H■-2e■+2OH■=2H■O（反應(yīng)歷程：H■-2e■=2H■，2H■+2OH■=2H■O）；

O■+2H■O+4e■=4OH■（反應(yīng)歷程：O■+4e■=2O■，2O■+2H■O=4OH■）；

H■-2e■=2H■

O■+4e■+4H■=2H■O（反應(yīng)歷程：O■+4e■=2O■，2O■+4H■=2H■O）。

例4：一次性電池鋅銀電池，負(fù)極是鋅，正極是Ag■O，電解質(zhì)是KOH，請寫出該電池的相關(guān)電極反應(yīng)式。

分析：鋅是還原劑，在負(fù)極失電子，反應(yīng)歷程如下：Zn-2e■==Zn■，Zn■+2OH■==Zn（OH）■，

Zn（OH）■=ZnO+H■O，所以負(fù)極反應(yīng)式：Zn+2OH■-2e■=ZnO+H■O。Ag■O是氧化劑，在正極得電子，反應(yīng)歷程如下：Ag■O+2e■=2Ag+O■，O■+H■O=2OH■，所以正極反應(yīng)式：Ag■O+H■O+2e■=2Ag+2OH■。正極反應(yīng)式和負(fù)極反應(yīng)式相加可以得到總反應(yīng)式：

Zn+Ag■O=2Ag+ZnO。

例5：鉛蓄電池是由兩組平行排列的柵狀鉛合金極板作為主架，正極板上覆蓋PbO■，負(fù)極板上覆蓋Pb，電解質(zhì)是硫酸。其充、放電原理可用下列化學(xué)方程式表示：

Pb+PbO■+2H■SO■ 2PbSO■+2H■O，請寫出其充、放電

時相應(yīng)的電極反應(yīng)式。

分析：放電時，鉛蓄電池作為原電池，充電時作為電解池。寫電極反應(yīng)式時，先把總反應(yīng)改寫成離子方程式：Pb+PbO■+4H■

+SO■■ 2PbSO■+2H■O，然后從較簡單的單質(zhì)鉛電極入手，

然后根據(jù)電極反應(yīng)的可逆性，進(jìn)行變形寫出其他電極反應(yīng)式。

答案：負(fù)極：Pb+SO■■-2e■=PbSO■（反應(yīng)歷程：Pb-2e■=Pb■，Pb■+SO■■=PbSO■）

正極：PbO■+SO■■+4H■+2e■=PbSO■+H■O（由總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式得到）

陽極：PbSO■+H■O-2e■=PbO■+SO■■+4H■（正極的逆反應(yīng)）

陰極：PbSO■+2e■=Pb+SO■■（負(fù)極的逆反應(yīng)）

二、電解池電極反應(yīng)式

電解質(zhì)導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)：對電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）通電時，電子從電源的負(fù)極沿導(dǎo)線流入電解池的陰極，電解質(zhì)的陽離子移向陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)；電解質(zhì)的陰離子移向陽極失去電子（有的是組成陽極的金屬原子失去電子）發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從電解池的陽極流出，并沿導(dǎo)線流回電源的正極。這樣，電流就依靠電解質(zhì)溶液（或熔融狀態(tài)電解質(zhì)）里陰、陽離子的定向移動而通過溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)），所以電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）的導(dǎo)電過程，就是電解質(zhì)溶液（或熔融態(tài)電解質(zhì)）的電解過程。

例6：如下圖所示是電解CuCl■溶液的裝置，其中c、d為電極，根據(jù)要求寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式。

（1）若c、d為石墨電極，陽極：？搖 ？搖，

陰極：？搖 ？搖；

（2）若c、d為銅電極，陽極：？搖 ？搖；

陰極：？搖 ？搖。

分析：若c、d為石墨電極，電極為惰性電極不參與電極反應(yīng)，溶液中的離子放電，且Cl■比OH■優(yōu)先，若c、d為銅電極，陽極為活潑電極，Cu參與電極反應(yīng)并放電，溶液中的離子不放電。

答案：（1）2Cl■-2e■=Cl■↑，Cu■+2e■=Cu

（2）Cu-2e■=Cu■，Cu■+2e■=Cu

例7：以石墨為電極電解1L1mol/L的NaCl溶液，并收集兩個電極處所生成的氣體，兩極所收集氣體的體積分別為V（陰）、V（陽）∶當(dāng)V（陰）∶V（陽）=3∶2時，寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式。

分析：電解NaCl溶液時，陰極總是H■放電，得到電子；而陽極存在Cl■、OH■，Cl■優(yōu)先OH■放電，當(dāng)Cl■放電失電子時，兩極所收集的氣體體積相等，Cl■完全消耗完后，OH■放電，此時兩極所收集的氣體體積不相等，當(dāng)V（陰）：V（陽）=3∶2時，陽極應(yīng)該是OH■放電。

答案：陰極：4H■+4e■=2H■；陽極：4OH■-4e■=O■+2H■O

以上，我們以七道比較典型的題目講解了電極反應(yīng)式的書寫技巧。我們可以發(fā)現(xiàn)，電極反應(yīng)式的書寫是有一定規(guī)律的，只要我們認(rèn)真體會，多做一些有針對性的題目，多思考，善于遷移，完全可以寫好電極反應(yīng)式。