◇ 陜西 文政民
電化學(xué)知識(shí)是中學(xué)化學(xué)理論的重要組成部分,是歷年來(lái)高考命題的重點(diǎn),幾乎每年在各個(gè)省份的化學(xué)試題中都有所涉及.近幾年,高考題都側(cè)重于用新型化學(xué)電源來(lái)考查學(xué)生運(yùn)用電化學(xué)理論、氧化還原反應(yīng)、元素化合物等相關(guān)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力.
書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式要遵循元素守恒和電荷守恒定律,因此,只要能在給定的新情境下判斷出電極參與氧化或還原反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物,再根據(jù)價(jià)態(tài)變化判斷并寫(xiě)出得失電子數(shù),最后根據(jù)溶液的酸堿環(huán)境、氫氧元素守恒、電荷守恒,在電極反應(yīng)方程式的兩邊分別補(bǔ)上H+、OH-、H2O 即可得到某一電極的電極反應(yīng)式.
書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí),無(wú)論是原電池還是電解池均可按照以下四步直接寫(xiě)出.
1)寫(xiě):依據(jù)信息及物質(zhì)所含元素價(jià)態(tài)變化寫(xiě)出氧化劑(還原劑)及還原產(chǎn)物.
2)標(biāo):依據(jù)物質(zhì)所含原子數(shù)及化合價(jià)升降數(shù)標(biāo)出氧化劑(還原劑)得到(或失去)的電子數(shù).
3)配:依據(jù)反應(yīng)介質(zhì)酸堿環(huán)境及電荷守恒配平離子.
4)補(bǔ):依據(jù)質(zhì)量守恒及反應(yīng)體系補(bǔ)充物質(zhì).
例1某科研小組用電化學(xué)方法使NH4HS變廢為寶(硫酸銨化肥),設(shè)計(jì)方案如圖1所示,寫(xiě)出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式.
圖1
解析
該題以新型化學(xué)電源考查原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě),根據(jù)題中信息,四步書(shū)寫(xiě)模式如下.
1)寫(xiě):原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),物質(zhì)所含元素化合價(jià)升高,據(jù)裝置寫(xiě)出:
2)標(biāo):根據(jù)硫元素化合價(jià)變化標(biāo)出失去的電子數(shù),HS-和中硫元素的化合價(jià)分別為-2和+6,故失去電子數(shù)為8,即
3)配:題中信息出現(xiàn)有質(zhì)子交換膜,間接說(shuō)明了電解質(zhì)溶液為酸性環(huán)境,故可在方程式右邊補(bǔ)上H+使左右兩邊電荷相等,即
4)補(bǔ):根據(jù)元素守恒定律,需要補(bǔ)上水,并將箭頭變?yōu)榈忍?hào),即
例2如圖2所示,裝置Ⅰ為甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為KOH),通過(guò)裝置Ⅱ?qū)崿F(xiàn)在鐵棒上鍍銅.
圖2
解析
該題考查燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě),根據(jù)題中“通過(guò)裝置Ⅱ?qū)崿F(xiàn)在鐵棒上鍍銅”可知,F(xiàn)e電極為電解池的陰極,則a為燃料電池負(fù)極,通入CH4,b為正極,通入O2.a 極電極反應(yīng)式分步書(shū)寫(xiě)如下.
1)寫(xiě):負(fù)極CH4發(fā)生氧化反應(yīng),因?yàn)槭菈A性介質(zhì),所以氧化產(chǎn)物為,即.
2)標(biāo):根據(jù)化合價(jià)標(biāo)出失去的電子數(shù),CH4和中碳元素化合價(jià)分別為-4和+4,故失去電子數(shù)為8,即
3)配:電解質(zhì)溶液為KOH 溶液,說(shuō)明電解質(zhì)溶液為堿性環(huán)境,故補(bǔ)上OH-使左右兩邊電荷數(shù)相等,即
4)補(bǔ):根據(jù)元素守恒定律,需要補(bǔ)上水,并將箭頭變?yōu)榈忍?hào),即
本文通過(guò)對(duì)電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法進(jìn)行程序化合理編排,建立和形成了一種行之有效的書(shū)寫(xiě)方法,對(duì)于學(xué)生正確、快速地解題具有一定的指導(dǎo)意義,同時(shí),也為本模塊的教學(xué)實(shí)踐提供了一種新的思路.