书写原电池原理与电极反应方程式的策略

孙志强

书写原电池电极反应式是高考的重要考点.书写原电池电极反应式是对原电池原理的进一步理解，能促进学生对原电池原理的掌握.

一、原电池的原理

较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）流向较不活泼的金属（正极）.这只是针对由活泼性不同的金属作电极而言.原电池的广义原理应为：还原性较强的物质（负极）发生氧化反應，电子从还原性较强的物质通过外电路流向氧化性较弱的物质（正极）.所以，可以利用原电池原理将其他的氧化还原反应设计成各种不同的电池（如燃料电池等）.

二、正确判断原电池的正负极

高中化学必修二，第二章化学反应与能量第二节“化学能与热能”（实验2-4），将锌片和铜片用导线连接（导线中间接入一个电流表），平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象.学与问：你如何判定装置的正负极？由于锌和铜的活动性不同，锌容易失去电子，被氧化成Zn2+进入溶液，电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H+从铜片获得电子被还原成氢原子，氢原子再结合成分子从铜片上逸出.通过教材对原电池原理的介绍，归纳出判断原电池正负极的几种方法：1.理论上，由发生的反应原理判断.利用发生的氧化还原反应从电子得失角度判断原电池的正负极.失去电子，发生氧化反应的电极为负极；电解质离子从电极获得电子，发生还原反应的电极为正极.与电极的活动性无关.2.根据实验测定法确定原电池的正负极.利用教材中铜锌稀硫酸原电池原理，连接安培表（检流计），观察指针的偏转方向，偏转一方即为原电池的正极.连接新的原电池装置，观察指针的偏转方向，与标准原电池偏转方向相同，即为原电池的正极，另一极为负极.这种实验法既能帮助学生理解原电池的工作原理，又能培养学生的动手能力，是培养学生科学的探究精神和学科素养的有效途径.

三、书写电极反应式的注意事项

原电池的正负极一旦确定，则电极反应式也随之确定.通过原电池发生的氧化还原反应原理，可将其分为氧化反应和还原反应两个半反应，即可得到电极反应方程式.但书写电极反应式时还需注意以下几点：1.正负电极反应式中的电子得失数目尽量保持相等.主要是为计算提供方便.2.充分考虑反应环境及离子共存问题.若生成物离子与电解质离子不共存，则该电解质溶液中的阴离子也要写入负极的电极反应式中.

四、书写原电池电极反应方程式的步骤

掌握原电池电极反应式的书写方法是关键，现以CH4-O2-KOH燃料电池为例来说明原电池反应电极方程式的书写步骤.1.写出原电池的总反应化学方程式，如果是离子反应要改写成离子方程式.本题的原电池的总反应为：CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O.离子方程式为：CH4+2O2+2OH-CO2-3+3H2O.2.根据总化学方程式并按照电子得失情况，分成氧化反应和还原反应：氧化反应：CH4-8e-→CO2-3；还原反应：2O2+8e-→4OH-.3.氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，同时要注意电解质离子的参与.该原电池的电极反应为：正极反应：2O2+8e-+4H2O→8OH-；负极反应：CH4-8e-+10H-CO2-3+7H2O.另外，我们写好原电池的电极反应式后，还要检查是否符合质量守衡、电荷守衡和电子得失守衡等规律.

五、加减法书写原电池的电极反应式

不少原电池的电极反应式较为复杂，很多学生在书写时不知道如何下手.这里向大家介绍一种书写技巧，即用加减法书写原电池的电极反应式.其基本方法为总反应方程式减去一电极反应式得到另一电极反应式.例如，熔融盐燃料电池具有很高的发电效率而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，在 650℃的环境下通入CO和空气进行工作.已知负极电池反应式为2CO+2CO2-3-4e-=4CO2.解题过程中直接书写正极的电极反应相当困难，而总反应式的书写比较容易，在此不妨打破常规，进行逆向思维.先写出难度较小的总反应式，再根据题给条件的负极电极反应式得到正极反应式.由于负极和阴极反应后生成CO2不和Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物反应，所以总反应式就是2CO+O22CO2.用其减去负极反应式（2CO+2CO2-34CO2+4e-），就能得到正极电极反应式为O2+4e-+CO2CO2-3.

总之，具备扎实的氧化还原反应原理知识是正确书写电极反应方程式的基本前提.只有掌握原电池工作原理，利用质量守衡、电荷守衡和电子得失守衡定律，以及离子共存等知识，学生才能正确书写电极反应方程式.