浅谈原电池中电极反应方程式的书写

李太平

摘 要：原电池是高中化学的重点章节，而其中电极反应方程式的知识已成为近几年能力测评的重要内容之一。原电池与其他的能源相比有许多的优点，如能量转换率高，可制成各种形状，不同容量、电压的电池及电池组，在现代生活、科研、国防中都有广泛的应用。正是由于这些原因，高考关于原电池的考题频频出现，电极反应方程式的书写更是考查的重点。原电池可根据电解质状态的不同分为不同类别。该文从不同类型的原电池对电极式反应的书写、步骤及应注意的问题等方面做以归纳小结。

关键词：原电池 电极反应式 电解质材料 书写方法

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（a）-0206-01

原电池的电解质材料可分为水性（酸性、中性或碱性）电解质、熔融态电解质和固体（氧化物或离子交换膜）电解质三种。下面就结合具体例子分别说明这三种情况下电极反应方程式的书写方法。

1 原电池正负极的判断

对于绝大多数原电池可以根据两极材料判断：一般活泼金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。而对于一些特殊的原电池需要根据电解質溶液来判断电极：能与电解质溶液反应的电极为负极，不能与电解质溶液反应的为正极。例如：镁、铝为电极，氢氧化钠溶液为电解质溶液，虽然镁比铝活泼，但是由于镁不与氢氧化钠溶液反应，铝能与氢氧化钠溶液反应，所以铝为负极、镁为正极。还可以通过氧化还原反应判断：失去电子发生氧化的是负极，得到电子发生还原反应的是正极。

2 水性电解质中的电极反应

对于水性电解质，要注意电解质溶液的酸碱性。在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢-氧燃料电池就分酸式和碱式两种，在酸性溶液中的电极反应：

负极：2H2-4e-=== 4H+

正极：O2+4H++4e-=== 2H2O

如果是在碱性溶液中，则不可能有H+出现，同样在酸性溶液中，也不能出现OH-。当负极气体为CH4、CH3OH等燃料时，电池以碱性溶液作为电解质，此时碳元素是以CO32-形式存在的，而不是放出CO2。

若是金属在负极参与反应的原电池，写电极反应式时要注意在负极产生的金属阳离子能否和溶液中的OH-反应，判断的依据就是看该金属的氢氧化物是否能溶。如碱性镍-镉电池，该电池以Cd和NiOOH作电极材料，NaOH作电解质溶液。

负极：Cd+2OH--2e-=== Cd（OH）2

正极：2NiOOH+2H2O+2e-===2Ni（OH）2+2OH-

总反应式为：Cd+2NiOOH+2H2O === Cd（OH）2+2Ni（OH）2

再如可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。

负极：Al+4OH--3e-===AlO2-+2H2O

正极：O2+4e-+2H2O === 4OH-

由于电解质溶液显碱性，负极反应应该是铝失去电子变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根。同时可以写出该反应的总反应方程式：4Al+3O2+4OH-===4AlO2-+ 2H2O，由此看出反应消耗OH-，溶液pH降低。

而同样是铝作负极，中性溶液作为电解质时，负极反应则又有不同。当电解质银器日久表面生成黑色Ag2S，可将流银器置于盛食盐水的铝制容器中，又能恢复银白。H2O中的OH-和H+分别参与了两极的反应。

负极：Al-3e-+3OH- === Al（OH）3↓

正极：Ag2S+2e-+2H+ === 2Ag+H2S↑

总反应为：

2Al+3Ag2S+6H2O===2Al（OH）3↓+6Ag↓+3H2S↑（H2O的电离）

3 熔融电解质中的电极反应

熔融盐燃料电池具有高的发电效率，常在高温（600℃～700℃）环境下使用，具有效率高（高于40%）、噪音低、无污染、燃料多样化（氢气、煤气、天然气和生物燃料等）、余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多优点，因而在现今社会生产中受到重视。

可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极染气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。由于电解质为熔融状态，O2得电子后结合CO2生成CO32-。因此该电池的电极反应式为：

正极：O2+2CO2+4e- === 2CO32-（持续补充CO2气体）

负极：2CO+2CO32--4e- === 4CO2

由于阳极气和阴极气反应后生成CO2不和Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物反应，所以总反应式为：2CO+O2===2CO2

4 固体电解质中的电极反应

固体电解质是离子迁移速度较高的固态物质，因为是固体，具有一定的形状和强度。对于多数固体电解质而言，只有在较高温度下，才能达到较高的电导率，因此固体电解质的电化学实际上是高温电化学。

ZrO2具有很好地耐高温性能以及化学稳定性，可用于制作燃料电池，一个电极通入空气；另一电极通入汽油蒸气。其中固体电解质是掺杂了Y2O3（Y：钇）的ZrO2（Zr：锆）固体。这种固态电解质在高温下允许O2-通过。以丁烷（C4H10）代表汽油。电解质晶体不参加反应，原电池放电时，丁烷（C4H10）与氧气发生氧化还原反应。电解质晶体传导的是O2-，因此氧气得到电子后生成的O2-可直接存在于电解质之中，并继续参与负极发生的反应。固体电解质里O2-的移动方向是从正极移向负极，负极丁烷向外电路释放电子。电极反应式应表示为：

正极：O2+4e- === 2O2-

负极：2C4H10-52e-+26O2- ===8CO2+10H2O

总反应：2C4H10+13O2=== 8CO2+10H2O

基于以上的分析讨论，不难发现，对于不同类型的原电池，书写电极反应所要注意的点也不同。因此以对电解质分类的方法来讲授电极反应方程式进行状况，可以在一定程度上使课程更加科学化、条理化。

参考文献

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[2] 管爱国.例谈介质对原电池电极反应的影响[J].中学理科，2002（8）：38-39.

[3] 林振汉，张玲秀，王欣.ZrO2基中温固体电解质材料的制备和性能研究[J].钛工业进展，2011（6）：27-32.