电化学原理与电极反应式的书写

孙雨箫

摘 要：电化学原理是中学化学基本理论中的重要内容，是每年各省市高考化学中的必考点。其中电极反应式书写是电化学的核心考点，也是易错点。原电池和电解池的电极反应本质都是氧化还原反应，因此电化学电极反应都要遵循氧化还原反应的规律，特别是守恒规律。基于电化学原理和氧化还原反应的基础知识总结出电化学电极反应式书写“三步走”策略，能帮助广大同学准确书写电极反应式。

关键词：电化学原理；电极反应式；氧化还原；守恒规律

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）23-0222-02

电化学理论是近年来高考的命题热点，对广大考生而言也是必考必会的知识点。历年考试中关于本知识点的分值基本上都在六分到十几分不等。此外，还会结合热化学等更高级的知识点出题。电化学的本质是氧化还原，因此，对于电化学知识的把握能够让学生更容易理解电子转移的基本原理，对化学反应的本质和体系有一个深刻的认识，从而能有效抓住考试难点，在高考中拿下高分。本文旨在概括解析电化学的知识点中的重难点内容，并介绍“三步走”策略来快速准确地书写电化学电极反应式。

1 电化学原理

中学电化学理论中主要涉及的是原电池和电解池，我们需要熟练掌握它们的工作原理。

原电池是把化学能转变成电能的装置，通过氧化还原反应而产生电流。原电池的构成条件包含四个方面：①自发进行的氧化还原反应（电子的转移）；②电解质溶液（电池内部连通）；③闭合回路（电池外部连通）；④两个活泼性不同的电极。例如教材中提及的铜锌原电池，其正负极分别是铜片和锌板，浸在硫酸锌溶液中。日常生活中广泛接触到的各种干电池，就是基于原电池原理制成的。在放电过程中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。电子在外电路中由负极流向正极，而内电路电解液中的阳离子向正极移动，阴离子则移向负极，形成电荷持续定向迁移。

电解池理论可以和原电池进行对比学习。电解池是将电能转化为化学能的装置，使电流通过电解质溶液而在阴阳两极发生氧化还原反应，由电源、两个电极、电解质溶液和闭合回路组成。原电池一般只能由自发的氧化还原反应设计而成，而非自发的氧化还原反应有可能在外加电源的情况下被设计为电解池。电解的时候，电子由外电路的阳极流向阴极，电解液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。从表1可以更加直观的看出电解池和原电池的区别与联系。

2 电极反应式的书写

从上面的电化学原理分析可以看出，原电池和电解池电极反应的本质都是氧化还原反应，因此两者的电极反应均遵循氧化还原反应的规律，尤其是化合价升高或降低的数值与得失电子总数相等。基于前期氧化还原反应离子方程式的书写与配平知识点，可以总结出电化学电极反应式书写技巧。通常通过如下“三步走”策略可以准确的书写电极反应式。

（1）标变价，寻物质。按照正极（或阴极）氧化剂得电子发生还原反应，负极（或阳极）还原剂失电子发生氧化反应。标明发生变价的离子或分子，找到氧化剂和还原剂。

（2）写产物，平得失。找到上述氧化剂和还原剂在反应后的产物，即还原产物和氧化产物。根据得失电子数目相等规律，利用化合价升降法进行配平。

（3）看题意，全配平。通常做完第二步，还存在元素没有配平的情况。这时候需要结合题意，根据质量守恒原则，分析其他存在的物质并基于元素守恒规律进行配平。

通过上述“三步走”策略可以准确的书写各类电极反应式，接下来我们通过具体例题来更加深入的理解和掌握该策略。

2.1 原电池电极反应式的书写

例题1：以甲烷为燃料的燃料电池，其两极均为铂电极，电解质溶液为KOH溶液，试写出该燃料电池的负极反应式。

解析：燃料电池电极反应产物与电解质的酸碱性有关，本题为是碱性介质，故最终生成CO32-和H2O。负极上甲烷作为还原剂失电子发生氧化反应，利用“三步走”策略来书写该燃料电池的电极反应式步骤如下：第一步，找出变价的物质为CH4和CO32-；第二步，把上述物质分别写在反应物和产物的位置，分析转移电子数目，其中CH4失去8mole-生成1molCO32-，则可以得到电极反应式的雏形：CH4-8e-→CO32-；第三步，全配平，由于电解质溶液显碱性，根据电荷守恒可确定OH-在反应式的左边，其系数为10；根据H原子守恒可确定H2O在反应式的右边，其系数为7。从而写出负极反应式为：

CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O

例题2：酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。该电池的正极反应式为_______________________________，电池反应的离子方程式为___________________________。

解析：根據上述“三步走”策略，分析本题可知，放电时，负极Zn作为还原剂失去电子生成氧化产物Zn2+，正极氧化剂MnO2得到电子生成还原产物MnOOH，从而可分别写出正极和负极的电极反应式，然后在遵循电子守恒的前提下将两极反应式加合可得电池反应的离子方程式。

答案：MnO2+e-+H+=MnOOH

Zn+2MnO2+2H+=Zn2++2MnOOH

2.2 电解池电极反应式的书写

例题3：化学在环境保护中起着十分重要的作用。催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染电化学降解NO3-的原理如图1所示，阴极反应式为______。

解析：结合图中信息，根据“三步走”策略解题。第一步，由于电解池阴极发生还原反应，NO3-转化为N2，找到变价的物质为NO3-和N2。第二步，写明两者的位置，分析转移电子情况。NO3-中的氮元素得到10个电子，则可以得到初步的反应式：2NO3-+10e-→N2↑；第三步：全配平，根据电荷守恒规律可知产物中包含12OH-。由元素守恒（H和O元素）规律分析出该阴极反应需要6H2O参与反应。最后写出电极反应式：2NO3-+6H2O+10e-=N2↑+12OH-

可见，在学习高中电化学的过程中，一方面要理解和掌握电化学理论知识，另一方面要能够准确地书写电极反应式。“三步走”策略通过判断电极的正负极（或阴阳极），确定电极反应物和产物，然后通过电荷守恒和元素守恒规律配平，能够轻松地书写各类电极反应式，可以说是同学们必须掌握的电极反应式书写方法。

参考文献

[1]曹志兵.谈电极反应式书写的有效策略[J].中学化学，2013，（4）：26-27.

[2]卢殿珍，马龙.电化学知识概述[J].数理化解题研究：高中版，2017，（7）：90-91.