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扼住原电池电极反应式书写的咽喉

发布时间:2021-07-21 人气:

  摘要:正确书写原电池电极反应式,应该紧紧抓住以下四点:离子电荷守恒;原子质量守恒;负极氧化,正极还原;符合客观事实规律。
  关键词:电极反应式;原电池;书写方式
  对于如何正确书写电极反应式,学生总感到这是一个棘手的问题。原电池电极反应与一般的氧化还原反应的书写不一样,有它自身的书写方法和技巧。但只要掌握规律,加强练习,还是可以写会的。书写的电极反应式应该遵循以下三点:
  1.原子质量守恒:电极反应式两端各原子的个数必须相等。
  2.离子电荷守恒:电荷的计算方法是:电子带负电,一个电子相当一个单位负电荷,得一个电子相当于加一个负电荷,失去一个电子相当于加一个正电荷。 若离子、电子分布在同一边,则电荷的代数和为零;若离子、电子分布在等号的两边, 则两边电荷的差为零。
  3.负极氧化,正极还原:无论什么原电池,只要是原电池,负极永远发生氧化反应,至于什么失去电子被氧化,要看情况而定,正极反应类型也永远是还原反应。
  4.符合客观事实规律:生成的离子必须能稳定地存在于介质中。比如在碱性介质中,H2失去2个电子后转化为2H+ ,我们就不能写成H2-2e=2H+,因为H+与OH-要反应生成水,只能写成H2-2e-+2OH-=2H2O。
  下面谈谈我书写各种不同类型原电池电极反应的一些方法。
  一、一般原电池的方法为电极反应相加减
  若知道电池总反应:氧化剂+还原剂+(某介质)==还原产物+氧化产物+(另一介质),根据总反应前后化合价变化找出氧化剂和氧化产物、 还原剂和还原产物,电极反应的总模式是:总反应式=正极电极反应式+负极电极反应式;负极电极反应式=总反应式-正极电极反应式;正极电极反应式=总反应式-负极电极反应式;负极:还原剂-ne-=氧化产物;正极:氧化剂+ne-=还原产物。其他参与反应的介质分子或离子,根据配平需要,添加在半反应的反应物或生成物中。
  二、水溶液中燃料电池电极反应式的书写方法(负氧正还和缺氧配平)
  例如:氢氧燃料电池酸性介质的电极反应式的书写步骤
  1明确酸性介质条件下总反应式相当于燃料燃烧。所以总反应式为:2H2+O2=2H2O.
  2根据化合价的变化和正负两极的电极反应规律可知,氢气肯定在负极被氧化,氧气肯定在正极被还原,所以负极:H2-2e-=2H+,正极:O2+4e-变成什么呢?由于水溶液中不能存在O2-离子,必须根据介质的酸碱性来书写电极反应式,也就是缺氧配平(在酸性介质中用H+和H2O加在电极反应式的两边来配平,碱性介质中用OH-和H2O来配平)所以正极:O2+4e-+4H+=2H2O.
  那么氢氧燃料电池碱性介质的电极反应式呢,总反应还是燃烧:2H2+O2=2H2O.正负极的电极反应式必须考虑介质是碱性的,缺氧配平时不能出现H+,而只能用OH-和H2O加在电极反应式的两边来配平,所以负极:H2-2e-+2OH-=2H2O,正极:O2+4e-+2H2O=4OH-.當然我们仔细观察反应式也能发现酸性时候的负极电极反应式在等号两边都加两个OH-,就变成了碱性时候的负极的电极反应式,同理正极的电极反应式也有这样的规律。
  当然我也发现学生在利用这种方法书写电极反应式尤其是负极电极反应式的时候比较消耗时间,在加减方程的过程中也比较容易出错,所以有没有更好,更快的书写方法至关重要。由此我想到了缺氧配平。以甲烷燃料电池碱性介质负极的电极反应式书写为例进行分析讨论。
  负极肯定是甲烷中的碳元素失去电子发生氧化反应,在碱性介质中生成了碳酸根,所以负极电极反应式的主干为:CH4—8e- →CO32-,然后想法设法把这个方程配平就可以,可以根据缺氧配平的规律去完成,就是如果是碱性介质在方程的两边分别加上OH-和H2O,如果是酸性就加H+和H2O,离子加在哪一边可以根据方程的两边带电量去判断,也可以根据氧元素的个数去判断。因为是碱性,所以在CH4—8e- →CO32- 两边加OH-和H2O,因为失去电子带边带正点,,所以OH-加在左边,H2O加在右边,这样右边总的带电量为两个负电荷,左边的带电量也必须是两个负电荷,所以OH-的系数为10,再根据氢原子个数确定右边H2O的系数为7,所以方程为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。
  下面我以乙烷燃料电池碱性介质负极电极反应式书写为例加以说明。负极氧化,一定是乙烷中的碳元素失去电子变成CO32-,根据化合价可知,两个碳失去的电子数为14个,所以C2H6—14e- →2 CO32- 是主干,接下去就是碱性介质中缺氧配平的问题,在方程两边加OH-和H2O,根据方程两边电性相等可知OH- 在左右,H2O在右边才能配平,这样右边的电性是4个单位负电荷,左边的OH- 系数必须是18才能保证两边电性相等,进而确定H2O的系数是12,所以负极电极反应式为:C2H6—14e- +18OH-=2 CO32-+12H2O。
  以上就是我总结的一些方法和技巧,同时这些方法和技巧也同样适用于电解池中的电极反应式书写,只要多加练习,灵活运动,一定可以熟能生巧,不再害怕,扼住电极反应式的咽喉。
  参考文献:
  [1]张进文,高考复习中较为复杂的原电池电极反应式的书写探讨:学术周刊,2015.12
  [2]南国定,分步法书写燃料电池不同介质下的电池反应式,甘肃省化学会第八届中学化学教学经验交流会论文集,(544-547).
  浙江省兰溪厚仁中学 姜晓军

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