电化学电极反应式和总反应方程式书写技巧

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－===M n+，考虑M n+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↑①
Al－3e－===Al3＋②
Al3＋＋4OH－=== [Al(OH)4]－③
②＋③，得负极：Al－3e－＋4OH－=== [Al(OH)4]－④
①—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－===M n+，考虑M n+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)2②
Ni2＋＋2OH－===Ni(OH)2③
O2－＋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)2⑤
Fe—2e－===Fe2＋⑥
②＋⑥，得负极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2⑦
⑤—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－===M n+，考虑M n+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。

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－②
①×4＋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===4 Al(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＋4H2O ①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ②
①＋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－＋6H2O ③
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－④
③—④×3，得负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO32－＋12H2O
2电解池电极反应式和总反应方程式的书写
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－===M n+，考虑M n+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－
H 2O H＋＋OH－①
阳极：2Cl－－2e－===Cl2②
阴极：2H＋＋2e－===H2③
①×2＋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－
H 2O H＋＋OH－①
4Al＋3O2===2Al2O3②
4OH－=== O2＋4e－＋2H2O ③
（②＋③×3）/2，得阳极：2Al－6e－＋6OH－===Al2O3＋3H2O ④
阴极：2H＋＋2e－===H2⑤
①×6＋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。

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。

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