程序化书写电极反应方程式

张红卫

电极反应方程式的书写是电化学教学重点、考试热点，从内因来看，它涉及原电池和电解池的工作原理（氧化还原反应、离子反应）；从运用来看，它是判断电极产物、电解质中离子迁移方向或浓度变化、物质与转移电子之间关系计算等内容的基础和关键；从表达来看，它蕴含守恒定律（得失电子、电荷、原子）。

本文以书写几种电池的电极反应式为例，介绍书写步骤，以期学生掌握书写程序。

一、书写步骤

不论是原电池的自发反应，还是电解池的非自发反应，它们都是氧化还原反应，其电极反应式还是离子反应，按照下列步骤（简称：寻找物质，三步配平，确定电极），可以把电极反应式的书写做到程序化。

1.寻找氧化剂和其对应的还原产物、还原剂和其对应的氧化产物（类似双线桥分析）。

由此可见，书写此类电极反应式，要注意如下几点：

①在“配电子”步骤中，电子是“得”还是“失”，既可以根据元素化合价的升降进行确定，也可以根据电极的性质进行确定；电子数目要结合元素化合价升降值和其变化量综合确定。

②在“配电荷”步骤中，要先统计上一步等号两边的电性、电量情况，例如：“-2e^-”的结果使负极电极反应式的左边带2个单位正电荷；若右边只有分子，即不带电，则在左边需加2个单位负电荷或右边加2个单位正电荷。

配电荷时选用何种离子，其指导思想为：选用电解质中能参与电极反应的离子，例如，酸性溶液就选H⁺碱性溶液就选OH^-，且选用的离子可以出现在电极反应式的任意一边。其数量要根据等号两端电量统计结果进行确定。

③在“三步配平”时，下一步的配平是在上一步配平的基础上扩充而来，所以，上一步已配平的化学计量数在下一步配平中不可更改。

④电解质离子定向移动，除能平衡电荷，连接内电路，形成闭合回路，还可以参与电极反应。

（2）氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物中，前两者或后两者为相同物质。

例2氢氧燃料电池的电极导电材料一般为多孔板，负极通入氢气作燃料，正极通入氧气作氧化剂。

电池总反应为：

2H₂+O₂=2H₂O

写出下列物质为电解质溶液时的电极反应式。

（1）若电解质为稀硫酸

（2）若电解质为KOH溶液

（3）若电解质为某氧化物，如固体氧化锆一氧化钇（高温时可传导O^2-）

解析氢氧燃料电池是这一类型的代表。从氧化还原反应的角度看，水既是氧化产物，又是还原产物；从电极反应的角度看，水不可能同时在两极生成。水到底是那一极生成的呢？

电极反应式就是把一个完整的氧化还原反应方程式拆写成两个“半反应”，一个在正极发生还原反应：氧化剂在指定反应环境中生成还原产物；另一个在负极发生氧化反应：还原剂在指定反应环境中生成氧化产物。从物质生成的位置来看，这四者不可能重合。但在电池反应方程式中却出现重合现象，显然是有一物质，它既是一极（令为a极）的唯一生成物又是另一极（令为b极）的反应物之一，且两者的量相等。两电极反应式相加得电池反应方程式时，被完全抵消在电池反应方程式中就无法体现。那么，在寻找电池反应方程式中氧化产物或还原产物时，就应把a极的生成物（可以是离子，也可分子）在电池反应方程式两端同时补出来。

由此可见，书写此类电极反应方程式，其难点在“补物质（微粒）”这一步。这就需学生能根据反应原理，并结合离子共存、物质的溶解性等知识，确定两极生成物在指定电解质环境中的具体形态（分子、離子），再根据原电池总反应式中氧化剂或还原剂的物质的量进行相应确定。

若上述电极反应式两端的物质对调，即得氢镍电池充电时阴阳极的电极反应式。

从生成物的位置来看，同一电极不可能既生成氧化产物，又生成还原产物。在提供电池反应方程式前提下，还可先写出自认为较易或物质间对应关系明确（唯一）的电极反应式，然后，在电子守恒的基础上，再与电池总反应式相减，从而得到较难的电极反应式。例如，在上面（2）中，Ni元素的变化关系是唯一的，那么，就可以先写出其对应的电极反应式，即正极还原反应式，然后再与电池总反应式相减，可得负极氧化反应式。

2.看图（文）写话型

这类电极反应式的书写，没有现成的电池反应方程式供拆写，根据电极反应式书写步骤的本质“寻找物质、三步配平”，结合题目中的相关文字描述（由一物质变成了另一物质）或装置示意图（移向电极的是反应物，离开电极的是生成物），此时就会发现看图（文）写话型，实际上就剩下“三步配平”的工作需要做了。

针对书写过程，要总结的是：在选离子进行电荷配平时，除了酸性电解质选H⁺，碱性电解质选OH^-之外，还可以通过文字信息，选用相应的离子，来进行电荷配平。常见的电池与其选用离子对应关系见表4所示。

例4（2011年江苏）电解尿素[CO（NH₂）₂]的碱性溶液制氢的装置示意图如图1所示（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。电解时，阳极的电极反应式为——。