电化学电极反应式和总反应方程式书写技巧

1电化学电极反应式和总反应方程式书写技巧李有恒（滕州一中山东滕州277500）摘要：电化学是高中化学中一个重要的知识点，也是高考中一个重要的考点，有关电化学中电极反应式和总反应方程式的书写，是重要的考点，也是难点。关键词：电极反应式；总反应方程式电化学是高中化学中一个重要的知识点，也是高考中一个重要的考点，有关电化学中电极反应式和总反应方程式的书写，是重要的考点，也是难点。根据自己的教学心得，把有关电极反应式和总反应方程式的书写技巧总结如下。1化学电源电极反应式和总反应方程式的书写化学电源的本质是自发进行的氧化还原反应，依据氧化剂、还原剂的来源不同，把化学电源电极反应式和总反应方程式的书写分为以下四种情况：1.1物质与电解质溶液间的氧化还原反应特征：电解质溶液做氧化剂，物质做还原剂（物质可以是负极材料或在负极区加入的具有还原性的物质）。书写步骤：⑴写出物质与电解质溶液（足量）间的化学反应方程式，此式即是电池反应的总反应方程式，把总反应方程式改写为离子反应方程式。⑵写出负极的电极反应式，一般为金属单质，M－ne－===Mn+，考虑Mn+在电解质溶液中的稳定存在形式，若稳定此式即为负极的电极反应式，若不稳定写出相应的离子反应方程式，将两式叠加得负极的电极反应式；其它还原性物质依据具体环境写出相应的负极电极反应式。⑶用总反应的离子方程式减去负极的电极反应式消去还原剂，得正极的电极反应式。例1设计如图所示的原电池，试写出电极反应式和总反应方程式。解析：此电池负极材料做还原剂，电解质溶液做氧化剂，依据书写步骤可得：总反应方程式：2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑总反应离子方程式：2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑①Al－3e－===Al3＋②2Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－③②＋③，得负极：Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－④①—④×2，得正极：6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑1.2两极材料间的氧化还原反应特征：负极材料（一般为金属单质）做还原剂，正极材料（一般为金属氧化物）做氧化剂。书写步骤：⑴写出两极材料间的基本反应，生成相应的离子，未参与氧化还原的以简单离子形式存在，考虑各种离子在电解质溶液中的稳定存在形式，即各自发生的离子反应，将各式叠加，消去中间离子得总反应的离子方程式。⑵写出负极的电极反应式，M－ne－===Mn+，考虑Mn+在电解质溶液中的稳定存在形式，若稳定此式即为负极的电极反应式，若不稳定写出相应的离子反应方程式，将两式叠加得负极的电极反应式。⑶用总反应的离子方程式减去负极的电极反应式消去还原剂，得正极的电极反应方程式。注：此类电池一般为可充电电池，充电时的电极反应式和总反应方程式即以上各式的逆反应。例2铁镍蓄电池又称爱迪生电池，碱性条件下由Fe与Ni2O3组成，试写出电极反应式和总反应方程式。解析：此电池负极材料Fe做还原剂，正极材料Ni2O3做氧化剂，依据书写步骤可得：Fe＋Ni2O3===Fe2＋＋2Ni2＋＋3O2－①电解质溶液为碱性，各离子反应为：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2②Ni2＋＋2OH－===Ni(OH)2③O2－＋H2O===2OH－④注：强酸性条件，O2－＋2H＋===H2O；中性或碱性条件，O2－＋H2O===2OH－。①＋②＋③×2＋④×3，得总反应方程式：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2⑤Fe—2e－===Fe2＋⑥②＋⑥，得负极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2⑦⑤—⑦，得正极：Ni2O3＋2e－＋3H2O===2Ni(OH)2＋2OH－以上各式的逆反应即为充电时的电极反应式和总反应方程式。1.3负极材料与外来物质间的氧化还原反应特征：负极材料（一般为金属单质）做还原剂，外来物质（一般为O2）做氧化剂。书写步骤：⑴写出负极的电极反应式，M－ne－===Mn+，考虑Mn+在电解质溶液中的稳定存在形式，若稳定此式即为负极的电极反应式，若不稳定写出相应的离子反应方程式，将两式叠加得负极的电极反应式。3⑵写出正极的电极反应式，一般为O2强酸性条件：O2＋4e－＋4H＋===2H2O中性或碱性条件：O2＋4e－＋2H2O===4OH－⑶将两极的电极反应式叠加消去电子，得总反应的离子方程式，考虑产物中离子的稳定存在形式，应以稳定的物质写在总反应方程式中。例3可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极，试写出电极反应式和总反应方程式。解析：此电池负极材料Al做还原剂，正极通入空气中的O2做氧化剂，依据书写步骤可得：负极：Al－3e－===Al3＋①正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－②①×4＋②×3，得：4Al＋3O2＋6H2O===4Al3＋＋12OH－，4Al3＋与12OH－的稳定存在形式为4Al(OH)3即电池总反应方程式：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。1.4外来物质间的氧化还原反应特征：电极材料和电解质溶液不参与氧化还原反应，外来物质做氧化剂和还原剂。书写步骤：⑴写出外来物质间的氧化还原反应方程式，考虑产物能否与电解质（熔融或水溶液，足量）发生反应，若不反应此式即为总反应方程式，若反应，写出相应的化学方程式，两式叠加得电池的总反应方程式，将其改写成离子反应方程式。⑵写出正极的电极反应式，一般为O2强酸性条件：O2＋4e－＋4H＋===2H2O中性或碱性条件：O2＋4e－＋2H2O===4OH－⑶用总反应的离子方程式减去正极的电极反应式消去氧化剂，得负极的电极反应式。例4在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为NaOH溶液，试写出电极反应式和总反应方程式。解析：此电池负极通入的甲醇做还原剂，正极通入空气中的O2做氧化剂，依据书写步骤可得：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②①＋②×2，得总反应方程式：2CH3OH＋3O2＋4NaOH===2Na2CO3＋6H2O总反应离子方程式：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO32－＋6H2O③正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－④③—④×3，得负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO32－＋12H2O2电解池电极反应式和总反应方程式的书写4本质：在外接电源作用下的氧化还原反应。类型：电解质（熔融或溶液）中阴、阳离子间的电解反应；阳极材料与电解质（熔融或溶液）中阳离子间的电解反应；阴、阳极材料间的电解反应（此类型依据1.2的书写方法）。书写步骤：⑴写出电解质（熔融或溶液）中所有电解质的电离方程式。⑵依据放电顺序写出阴、阳极的电极反应式。若阳极为活泼电极，M－ne－===Mn+，考虑Mn+在电解质（熔融或溶液）中的稳定存在形式，若稳定此式即为阳极的电极反应式，若不稳定写出相应的离子反应方程式，将两式叠加得阳极的电极反应式；若阳极产物给定，依据质量守恒写出阳极材料与产物间的化学方程式，缺什么物质（一般为O2）补上什么物质，考虑该物质在此环境下的来源方式（O2的来源，强酸性或中性条件：2H2O===O2＋4e－＋4H＋；碱性条件：4OH－===O2＋4e－＋2H2O），将两式叠加得阳极的电极反应式。⑶将阴、阳极电极反应式叠加，消去电子，考虑参与电极反应的离子若由弱电解质提供，把弱电解质电离方程式的“”看成“===”后参与叠加，消去电子得电解的总反应离子方程式。例5工业采取电解饱和食盐水的方法制取氯气，试写出电极反应式和总反应方程式。解析：此电解池为电解质溶液中阴、阳离子间的电解反应，依据书写步骤可得：NaCl===Na＋＋Cl－H2OH＋＋OH－①阳极：2Cl－－2e－===Cl2②阴极：2H＋＋2e－===H2③①×2＋②＋③，得电解的总反应离子方程式：2Cl－＋2H2O通电Cl2↑＋H2↑＋2OH－例6以铝材为阳极，在NaOH溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，试写出电极反应式和总反应方程式。解析：此电解池为电解质溶液中阳离子与阳极给定产物的电解反应，依据书写步骤可得：NaOH===Na＋＋OH－H2OH＋＋OH－①4Al＋3O2===2Al2O3②4OH－===O2＋4e－＋2H2O③（②＋③×3）/2，得阳极：2Al－6e－＋6OH－===Al2O3＋3H2O④阴极：2H＋＋2e－===H2⑤①×6＋④＋⑤×3，得电解的总反应方程式：2Al＋3H2O通电Al2O3＋3H2↑注：单独写电极反应式或总反应方程式做到系数最简，两电极反应式同时书写做到得失电子数目相等。5通过以上事例分析，熟练运用各类型电极反应书写步骤，有利于解决电化学的相关问题，对培养学生综合分析问题的能力起到事半功倍的效果。