“两头凑”法原电池电极反应式书写探究

张占军

摘要：原电池是现行高中化学知识中重要的组成部分，特别是原电池电极反应式的书写，不仅是学习的重点和难点，还是高考试题的热点。然而，学生在学习电极反应式书写时，不知如何下手。本文笔者旨在通过原电池反应原理的探究、常见原电池电极反应式的书写例析，提高学生书写原电池电极反应式的能力。

关键词：原电池原理；两头凑；电极反应式书写

原电池是把化学能转化为电能的装置。原电池设计的原理依据是能自发进行的氧化还原反应。原电池中的氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生，电子的转移通过连接两电极的导线完成。学生书写原电池的电极反应式要从以下几个方面入手。

1.能准确识别给出的原电池是哪种常见类型的原电池（后面有总结），并能用离子反应方程式表达出反应原理。

2.既然原电池设计的原理依据是氧化还原反应，所以学生要能用双线桥熟练准确地分析一个氧化还原反应，也就是能找到氧化反应（还原剂→氧化产物）、还原反应（氧化剂→还原产物）这两个半反应。

3.采用“两头凑”的方法写出电极反应式。

下面以Cu—Zn—H2SO4为例，写出其电极反应式。

第一步：该电池的设计原理是Zn+2H+=Zn2+H2

第二步：双线桥分析该反应原理

Zn + 2H+ = Zn2+ + H2

还原反应

第三步：两头凑

先观察氧化反应，在“=”的两端先写出还原剂和氧化产物即Zn=Zn2+。分析还原剂单质锌由0价变成了氧化产物中的+2价，这个过程必须是通过失去电子才能实现，因此我们在等号的右端再添上失去的两个电子，即Zn-2e-=Zn2+，这样就得到了负极的电极反应式。同理，正极的电极反应式，我们先在等号的两端写出氧化剂和还原产物即2H+=H2。分析氧化剂H+，要想生成H2必须通过得到两个电子才能实现，因此在等号的右端再添上得到的两个电子即2H++2e-=H2就得到正极的电极反应式。书写电极反应式还要注意以下几点。

1.分清正负极。发生氧化反应的是负极，发生还原反应的是正极。

2.电极反应式半反应，要注意得失电子数目与离子电荷的平衡。

3.注意介质有时也要参与电极反应式，比如H2O，酸性介质中H+，碱性介质中的OH—。

4.最后两个半反应合起来应该能得到反应原理的离子方程式。这个可以帮助我们检查所写的电极反应式是否正确。

掌握常见类型的原电池有助于我们书写电极反应式。笔者经过多年教学总结出常见的原电池类型。

1.“置换式”的原电池。顾名思义，是根据置换反应设计的原电池。它的结构是①两个活泼性不同的电极，可以是金属与金属、金属与石墨、金属与难溶金属氧化物组成；②电解质溶液，至少要能与一个电极发生氧化还原反应；③两电极插入电解质溶液中且用导线连接。例如，Fe-Cu-CuSO4原电池，它的设计依据就是Fe与CuSO4的置换反应，原理是Fe+Cu2+=Fe2++Cu。利用两头凑的方法可以得到其电极反应式为正极Cu2++2e-=Cu，负极Fe-2e-= Fe2+。

2.金属吸氧腐蚀型的原电池。它的结构是：①两个活动性不同的电极，较活泼的为金属电极；②两电极与电解质溶液均不反应；③形成回路。这类原电池的特点是电极与电解质溶液不发生反应，电解质溶液只起导电作用。学生对这类电池不易识别，因此感觉更困惑。这类电池正极一般是O2反应，电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-。负极一般就是金属直接失去电子变成金属阳离子就可以了。比如，Fe-C-NaCl电池，两极均不与电解质反应，这个反应的本质就是Fe的吸氧腐蚀，负极的电极反应式为：负极Fe-2e-=Fe2+。

3.燃料电池。它的结构是：①两个相同的电极，例如Pt电极。②电解质溶液往往是碱性的或者酸性的，且不与电极或者两极上的物质直接反应。③形成回路。燃料电池大多是可燃性物质与氧气及电解质溶液共同组成的原电池。虽然可燃性物质与氧气在不同的电极反应，但其总反应方程式是可燃物在氧气中燃烧。燃料电池要有氧气参加，且在正极，故燃料电池的正极反应式一般只有两种情况，即酸性情况：O2+4H++4e-=2H2O 碱性情况：O2+2H2O+4e-=4OH-。由于电解质溶液往往是碱性或酸性的，也要参与电极反应，故负极电极反应式书写难度较大，但利用“两头凑”的方法书写还是比较容易的。以甲烷—空气—KOH为例的燃料电池。因为是碱性电池故正极的反应式为正极：O2+4e-+2 H2O= 4OH-。“两头凑”法分析负极的电极反应式。CH4燃烧会变成CO2 ，在碱性环境下CO2会被吸收转变成CO32-。我们可以先写出CH4=CO32-分析CH4中-4价的碳变成了+4价的碳，必须失去8个电子才能是现在这个转变，CH4中+1价的H要结合OH-转变成H2O，故最后得到负极反应式为CH4-8e-+ 10OH-=CO32-+7H2O。

在平时的练习和考试中，我们还会遇到一些其他的原电池，但是万变不离其宗——氧化还原反应。只要我们抓住这个根本，吃透上述方法，多多总结，提高我们的分析能力，原电池书写电极反应式的问题便会迎刃而解。

【责编 张伟飞】