从高考试题看电极反应方程式的书写

从高考试题看电极反应方程式的书写

作者：华清中学 王桐恕

摘要：以高考试题为载体，运用守恒观给出电极方程式书写的觃律和方法。

关键词：电极反应；化合价变化；电荷守恒；元素守恒；高考试题。

电极反应方程式（包括原电池、电解池）是氧化还原反应的半反应，结合电解质溶液的性质，运用化合价变化写出主要产物，再结合电荷守恒、元素守恒写出没有价态变化的反应物和生成物。笔者拜读了2013年1-2合期中化教参黄金泉老师的文章《简析几道“异曲同工”的江苏化学高考题》54-55页，又分析了2012年全国各地高考试题涉及到电化学中电极反应方程式书写的问题，结合高校教材《现代化学原理》，笔者想给出一个具有普遍性、觃律性、可操作性、适合于中学教师及学生的书写方法。

首先写出有化合价变化的反应物与生成物，形式为：正极（阴极）氧化剂+ne →还原产物；负极（阳极）还原剂-ne- →氧化产物。产物价态变化的具体形式一是通过无机元素化合物的性质，二是通过试题给出已知条件可判断出来。

其次运用电荷守恒、元素守恒结合电解质溶液的性质写出电极反应方程式中没有价态变化的反应物及产物。具体方

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法是：正极（阴极）若氧化剂是中性分子得到ne个电子在还原产物或其他产物中没有体现n个单位负电荷的阴离子则在反应物中加n 个单位正电荷的阳离子，所加阳离子正好是电解质提供的，并且参与电极中无价态变化的反应。如果电介质中的阳离子不参与反应，则不能写在电极方程式中。此时在其他产物中必然生成阴离子，而且该阴离子正好是电解质中的阴离子，反应物中所加的是电解质溶液中的中性分子，依据是元素守恒。其形式是：氧化剂+ne- +电解质中的阳离子→还原产物+其他产物或氧化剂+ne- +电解液中的中性分子→还原产物+电解质的阴离子。若氧化剂是阴、阳离子依电荷守恒同样可得。

同理：负极（阳极）有：还原剂-ne- +电解质中的阴离子→氧化产物+其他产物或还原剂-ne- +电解液中的中性分子→氧化产物+电解质的阳离子。

下面简要分析几道高考试题。

例1：【2012年江苏卷20题第（3）问】铝电池性能优越Al—AgO电池可用作水下动电源，其原理如图1所示。该电池反应化学方程式为＿＿＿＿＿＿＿。

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2

解析：Al是负极依Al的性质在碱性溶液中失去电子以AlO2形式存在。所以有Al-3e→AlO2单质失去电子没有产生阳离子，依电荷守恒在方程式左边加阴离子，该阴离子恰好为电解质NaOH中的OH，并且参与了电极反应。Al-3e + 4OH =AlO2 + 2H2O。方程式OH-前面的系数“4”为失去3个e-，并形成带一个单位负电荷的AlO2，“3+1”的为H2O是依元素守恒所得。

正极反应物为AgO。如果不写电极方程式，正如黄金泉老师在文中所述无论把Ag看成+1价还是+2价不影响总方程式的书写。但写电极方程式必须知道Ag为+2价（试题一般会有提示的）。依题意可写出：AgO+2e →Ag，中性分子得到电子后还原产物中没有阴离子则在方程式左边加电解质的阳离子Na，而Na不参与该电极反应，所以在生成物中必然产生与电解质阴离子相同的阴离子，2个OH在依元素守恒左边加电解质溶液的中性分子H2O即：AgO+2e +H2O=Ag+2OH。使正、负极得失电子总数相等并叠加得总反应式： 3AgO+2Al+2OH +AlO2+3Ag+H2O 化学方程式

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-----+

+

-------

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-,

为：3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O

例2：【2011年江苏20题第（4）问】点解尿素【CO(NH2)2】的碱性溶液制氢的装置示意图见图2（电解池中的隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极为惰性电极）。点解时，阳极的电极反应式为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

解析：在阳极有N2生成，说明尿素是阳极反应物，N元素由-3价到0价，C元素为+4价，在碱性条件下以CO3

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2-2-

存在，所以有：CO(NH2)2-6e→N2+CO3。由中性分子失去6个电子不但没有产生阳离子，反而又生成了2个单位负电荷的阴离子，依电荷守恒左边加电解质中的阴离子6+2=8个OH，OH并且参与电极反应使+4价的羰基碳转变为CO3。再依元素守恒写出右边生成的H2O。最终阳极电极反应可写成：

CO(NH2)2-6e+8OH=N2+CO3+6H2O。

例3：【2012年全国新课标26题第（4）问部分】与MnO2 - Zn电池类似，K2FeO4 - Zn也可以组成碱性电池，KFeO4在电池中作为正极材料其电极反应方程式为＿＿＿＿＿＿。

解析：从题中其它问中知道：KFeO4中+6Fe变为+3Fe，得到3个e-在碱性溶液中形成Fe(OH)3，可写为FeO4 + 3e

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2--

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2-2---