电化学中电极反应式的书写技巧

电化学中电极反应式的书写技巧■付延芳

高考试题年年新，但在新情境中却会发现有些内容是惊人的相似，抓住这些核心主干知识的考查规律是高考获取高分的秘籍，但是对高考数据分析却发现，学生丢分点拉开差距的并不是那些偏难的内容，恰恰是这些中等难度高频出现的知识点，例如氧化还原反应规律的考查。探索那些大家必须掌握的高频率高考热点，大道至简，有好的思维模式和突破思路，将大大降低这些考点的难度，提高正确率，今天我们通过氧化还原反应的电化学中电极反应式的书写规律来管中窥豹，旨在“抛砖引玉”。

化合价上升，失电子，被氧化还原剂+氧化剂氧化产物+还原产物CH-4+2O2+2OH=CO23-+3H2O化合价下降，得电子，被还原两个半反应：

还原剂失电子氧化产物氧化剂得电子还原产物CH4--8e-+10OH-=CO32-

+7H-

2O

2O2+4H2O+8e-=8OH首先，电化学中电极反应式的书写和氧化还原离子方程式的书写规律是一致的，遵循原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒。它是一个完整的氧化还原反应同时在两极发生完成的，可以按照上图思维框架来着笔半反应方程式的书写。同时在书写半反应时要考虑介质环境，这是在配平半反应时所必需的。一般而言，根据酸性或碱性环境水溶液的判断，要H2O/OH-或者H2O/H+来调配才能满足电子、原子和电荷三大守恒关系；根据熔融盐或熔融氧化物等电解质环境，可以用熔融盐或熔融氧化物中的离子等来配平，如Li+、CO2-3、O2-等。下面将在规律总结的同时加以说明。

一、原电池中电极反应式的书写

先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质（氧化剂和还原剂），并标出相同数目电子的得失。然后在主要参与物质氧化剂和还原剂以及得失电子的基础上，通过观察来增加其他物质或离子来配平。分析历年高考题阅卷统计数据不难发现，细节决定成败，学生丢分点往往是在不起眼的符号“+”和“-”上，其实我认为这恰恰是老师的疏忽所在，如果让学生死记“+”和“-”，肯定要颠三倒四，但是如果讲讲中国汉字的学问，讲讲符号无非是为了理解的方便，从字面上就不难理解“-”为失，“+”为得，那么在书写时准确率就会达到100%，通过这个简单的符号“+”和“-”在高考中得分率并不高，我们就更应该通过推理而不是记忆来学好化学。

例1.有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H+

和Zn2+

进行工作，试写出该电池的两极

反应式。

推理过程：金属铂是相对惰性的，金属锌是相对活泼的，所以锌是负极，因为题目告诉我们H+参与作用，Zn失电子成为Zn2+而不是ZnO或Zn（OH）2。正极上O2得电子成为负二价氧，在H+作用下肯定不是O2-、OH-等形式，而只能是产物水，体液内的H+得电子生成H2似乎不可能。故Zn和O2发生以下电极反应：负极：2Zn－4e-=2Zn2+，正极：O2+4H++4e-=2H2O。

例2.燃料电池电极反应式的书写（惰性电极~H2或CH4或C2H5OH等）。电解质包含：①酸性介质如H2SO4溶液；②碱性介质如NaOH溶液；③熔融氧化物如Y2O3；④熔融碳酸盐如

K2CO3等。

推理过程：第一步：写出电池总反应式：燃料电池总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则产物写最后的生成物状态，然后再配平。如甲烷燃料电池（电解质溶液为NaOH溶液）的反应为：CH-4燃烧生成CO2，CO2与OH会继续反应生成CO2-3，所以CO2只是中间产物。燃料电池总反应式为：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O。

第二步：写出电池的正极反应式：电子从负极流出通过外电路进入正极，在正极上就应该有氧化剂（O2）来获得电子，然后根据介质环境来推导完整电极反应式的书写。

例如：酸性电解质溶液环境下电极反应式：（一般先写负极，根据得失电子守恒再写正极）

负极：CH4中C为-4价，燃烧后与OH-反应生成CO2-3，C为+4价，CH-4失（-）8e，产物CO2-3带两个单位负电荷，所以左边需要（+）10OH-，减（-）8e-后才能和方程式右侧CO32-

电荷守恒，然后再配原子守恒，CH-4+10OH-8e-=CO正极：根据得失电子守恒，因为2O32-+7H2O。

2得（+）8e-，酸性介质需

要加（+）8H+在左侧来配平，这样就实现了得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒：2O2+8H++8e-=4H2O。

同理可以推导以下几种介质环境情况下的电极反应式：碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H-2O+4e=4OH-固体电解质（高温下能传导O2-）环境下电极反应式：O2+4e-=2O2-熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-＝2CO电解池中电极反应式的书写

3

2-

二、1.首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序

表Ag以前，金属活动顺序由强到弱：铯最强，然后是稀土、钡、铷，再然后是钾>钙>钠>镁>铝>铍>锰>锌>铁>钴>镍>锡>铅>氢）>铜>汞>银>铂>金，则应是阳极失电子，阳极不断溶解，因为阳极存在才构成电解池，所以溶液中的阴离子没有机会失电子。

（技法点拨

2.如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子放电顺序书写电极反应式。

阳极（惰性电极）发生氧化反应，阴离子失去电子被氧化的顺序为：S2-＞SO＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根离子＞F-。因为水电离的OH-一直存在，所以含氧酸根离子和F-没有机会失电子。

阴极发生还原反应，阳离子得电子被还原顺序为：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞（酸电离出的H+）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞（水电离出的H+）＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。

因为水电离出的H+一直存在，水溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca、K这些活泼金属阳离子没有机会得电子，这些活泼金属

2+

+

123D.锂离子电池充电时阴极反应为C6Li1－x＋xLi＋＋xe-＝

C6Li

推理过程：将放电的两电极反应式在电子守恒的基础上相加即得放电时的总反应式：C6Li＋Li1－xMO2＝LiMO2＋C6Li1－x，充电时的总反应式应为放电总反应式的逆反应，故A错误；在锂、锌、银、铅金属中，锂的摩尔质量最小，所以各失去1mol电子，消耗金属锂的质量最小，B正确。电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，C错误。充电时的阴极反应与放电时的负极反应互为逆反应，故D正确。本题应选BD。

四、特殊情况电极反应式的书写

在书写电极反应式时，一定要注意一些特殊情况。1.注意溶液中的离子浓度的改变会引起离子放电顺序的改变。

例5.在给某镀件镀锌时，电镀液是饱和ZnCl2溶液，试写出该电镀池的电极反应式。

解析：在饱和ZnCl2溶液中，Zn2+的浓度远大于水电离出来的H+的浓度，Zn2+＞（水电离出的H+）规律失效，所以阴极应是Zn2+放电，而不是H+放电。其电极反应式为：阳极：Zn-2e-=Zn2+；阴极：Zn2++2e-=Zn。

2.注意电解质溶液的改变会引起电极正负的改变：在原电池中，一般较活泼金属作负极，但当电解质溶液发生改变时，较活泼金属就不一定作负极了。

例6.将铜片和铝片用导线相连，分别同时插入稀H2SO4和浓HNO3中，写出两池电极反应式。

解析：在稀H2SO4作电解质溶液的原电池中，较活泼的铝被氧化作负极，铜作正极。在浓HNO3作电解质溶液原电池中，因为Al在浓HNO3中钝化，较不活泼铜作负极，但随着反应的进行，浓HNO3逐渐变稀，正极电极反应又有：NO3-+4H++3e-=NO↑+2H2O。

巩固练习：

有一种燃料电池，一极通入空气，另一极通入汽油蒸气，掺杂了Y2O3的ZrO2晶体是电池的电解质，能在高温下传导O2-：

（1）放电时（以丁烷为代表）发生的化学反应方程式：是：；固体电解质里O2-移动方向是：。

。

。

（2）负极反应是：C4H10+13O2--26e-=4CO2+5H2O，正极反应

；向外电路

释放电子的电极是：2-3

冶炼往往采用电解无水熔融态盐或氧化物而制得。

例3.写出用石墨作电极，电解饱和食盐水的电极反应式。推导过程：由于电极材料为石墨，是惰性电极，不参与电极反应，则电极反应式的书写只考虑溶液中的离子放电顺序即可。移向阳极的阴离子有Cl-和水电离出的OH-，因为能力Cl-＞OH-，所以在阳极上放电的是Cl-；移向阴极的阳离子有Na+和水电离出的H+，因为（水电离出的H+）＞Na+，所以在阴极上放电的是H+。所以上述电解池的电极反应为：阳极：2Cl--2e-=Cl2↑，阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。

三、可充电电池电极反应式的书写及应用

1.对可充电电池充电和放电两过程的认识：放电是原电池反应，充电是电解池反应。要能根据题给总反应式，写出原电池总反应式和电解池总反应式。

2.对可充电电池电极极性和材料的判断：判断电池放电时电极的极性和材料，可先标出放电（原电池）总反应式电子转移的方向和数目，失去电子的一极为负极，该物质即为负极材料；得到电子的一极为正极，该物质即为正极材料。若判断电池充电时电极的极性和材料，方法同前，失去电子的一极为阳极，该物质即为阳极材料；得到电子的一极为阴极，该物质即为阴极材料。

3.可充电电池电极反应式的书写方法：书写可充电电池电极反应式，可以根据需要推理出相应的电极反应式，书写方法可参考上述原电池中电极反应式的书写和电解池中电极反应式的书写。

例4.（2006年高考江苏卷第14题）锂离子电池已成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为：负极反应：C6Li-xe-＝

+

C6Li1－x＋xLi（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料）；正

（3）在ZrO2晶体里掺杂Y2O3，用Y3+代替晶体里的部分Zr4+

对提高固体电解质的导电能力有帮助，原因是：

（4）汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年，这正是新一代化学家的历史使命。

推理过程：（1）2C4H10+13O2＝8CO2+10H2O。（2）可以用总方程式减去负极反应方程式获得，也可以是直接推导，因为正极是O2得电子，根据题意不难推出答案：O2+4e-=2O2-；向负极移动；负极。（3）燃料电池具有较高的能量利用率。（4）碳粒。

（作者单位：天津市红桥区教师进修学校）

极反应：Li1－xMO2＋xLi+＋xe-＝LiMO（2LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物）；下列有关说法正确的是（C6Li1－x

B.电池反应中锂、锌、银、铅各失1mol电子，金属锂所消耗的质量最小

C.锂离子电池放电时电池内部Li向负极移动

＋

）

A.锂离子电池充电时电池反应为C6Li＋Li1－xMO2＝LiMO2＋