巧用氧化还原型离子反应方程式写法速写电极反应式
罗亚东
摘 要 电极反应式书写是高考考查的重点，由于学生难以理解原理且情况多变化，所以总感到书写方法难以掌握。如何迅速书写电极反应方程式？笔者通过多年教学经验根据氧化还原型离子方程式的写法速写电极反应式，以供参考。
关键词 氧化还原反应 电极反应式 写法
氧化还原反应理论和电化学理论均为高中化学的重点内容。其中氧化还原反应离子方程式和电极反应式的书写则是这两块内容的重点考查方式，在历届高考试题中屡见不鲜。由于其类型的多样性，很多学生在答题时对这两类方程式的书写总感到琢磨不透，难以把握；单凭记住教材中的一些特殊例子已难以应付目前注重能力考查的高考。笔者查阅了许多资料，对于电极反应式的书写一般采用如下做法：例如：甲烷、氧气和氢氧化钾溶液组成的燃料电池。要写负极反应式，常见有如下两种写法：
方法一：写出较简单的正极反应，然后用总反应- 正极反应=负极反应：
总反应：CH4 + 2O2 + 2OH－ = CO32－ + 3H2O
-正极反应：2O2 + 4H2O + 8e- =8OH-
=负极反应：CH4 - 8e- +10 OH－ = CO32－ + 7 H2O
方法二：负极反应是甲烷失去电子生成CO32－和H2O， CO32－和H2O中的O均来自于OH－。可以把这一反应过程分成下列一些反应：CH4－8e－= C4＋＋4H＋；4H＋＋4OH－=4H2O；C4＋＋3O2－=CO32－；6OH－=3H2O＋3O2－。把这4个反应相加即得总的负极反应的反应式：CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O。
方法一，要写出负极反应需要三个步骤：要先写出总反应，还需要写正极反应，显得有些繁琐；方法二，从实质上对反应原理进行分析，逻辑严密，但是多数学生不容易掌握。作为学生来讲，需要一种既方便操作，又能快速准确解决问题的方法。如何迅速准确地书写电极反应是呢？笔者通过多年的教学研究和实践，总结出了一种由氧化还原反应的离子方程式写法迅速书写电极反应式的方法。具体方法如下：
一、 氧化还原反应的离子方程式一般书写方法：
1、写出氧化剂、还原剂和对应的氧化产物、还原产物四种粒子（其他粒子先不写），根据化合价变化和电子转移数，配平这四种粒子。
2、根据电解质溶液的环境配平电荷，酸性环境用H＋ 配，碱性环境用OH－配，最后，H、O不平用H2O配。【1】
例1、写出SO2通入酸性高锰酸钾溶液的离子方程式。
解：①写出发生变价的四种离子：SO2 +MnO4- — SO42- + Mn2+
②根据电子得失守恒配平 5SO2 +2MnO4- — 5SO42- + 2Mn2+
③左边总电荷为2-，右边总电荷为6-，由于是酸性环境，右边配4H＋ ，则电荷平；左边配2H2O则。最后得到：5SO2 +2MnO4- + 2H2O = 5SO42- + 2Mn2+ +4H＋
例2、（2012年高考26题，节选）高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl3和KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4，其反应的离子方程式为 ；
解：FeCl3 在碱性条件下，先生成Fe(OH)3 ；
①ClO- +Fe(OH)3 —FeO42- + Cl-，
② 3ClO- +2Fe(OH)3 —2FeO42- +3Cl-
③用OH－ 配平电荷，H、O不平用H2O配，最后得到：
3ClO- +2Fe(OH)3 + 4OH－= 2FeO42- + 3Cl- + 5 H2O
从原理上讲，原电池反应的负极、电解池反应的阳极属于氧化反应；原电池反应的正极、电解池反应的阴极属于还原反应。因此，电化学电极反应式，也可利用氧化还原反应离子方程式的书写方法来写。
二、电极反应式书写方法
1、找物质，标得失（列出电极上的物质变化，根据价态变化标明电子得失）
2、看环境，配电荷（根据环境选择合适的离子配平电荷，酸性用H＋ 配，碱性用OH－ 配，也有特殊时候用NH4+ 等配平电荷）
3、巧用H2O，配H、O（在水溶液中，H、O不平，用H2O配）
例3、写出甲烷和氧气在下列环境条件下形成燃料电池的电极反应式。
（1） 稀硫酸溶液中组成的燃料电池；
（2） 氢氧化钾溶液组成的燃料电池。
解：（1）判断：甲烷作为燃料，在负极反应，变价元素C反应后生成的是CO2 ；O2 在正极发生还原反应。
负极：①CH4 - 8e- — CO2
②酸性电解质溶液电荷不平用H+配，电荷左8+，右0，右边配8 H+，电荷平衡。
得到：CH4 - 8e- — CO2 +8 H+
③H、O不平，左边配2H2O，得到负极电极反应式：CH4 - 8e- + 2H2O = CO2 +8H+
正极： O2 +4 e- — 2 H2O，电荷左4-，右0，左配4 H+即得到正极电极反应式：
O2 +4 e- +4 H+= 2H2O
（2）甲烷反应后生成的CO2继续与KOH反应生成K2CO3。
负极：① CH4 – 8e- — CO32－
②碱性电解质溶液电荷不平用OH－ 配，左8+，右2-，左边配10OH－ ，电荷平衡得到：
CH4 – 8e- — CO32－ + 10OH－
③H、O不平，右边配7H2O，使H、O平衡，最后得到：
CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O。
正极：用上述方法不难得到：O2 +4e- +2H2O=4OH－
（氧气作为一种常见的氧化剂，在酸性和碱性点解质环境中的电极反应式分别是固定的，可以直接记住）。
例4、（2012年高考26题，节选）与MnO2—Zn电池类似，K2FeO4—Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为
解：FeO42- 在正极反应，对应产物为Fe(OH)3 ，根据化合价变化写出：FeO42- + 3e－ —Fe(OH)3 ，看电荷，左5-，右0，所以右边配5OH－ ，H、O不平左边配4H2O，得到：FeO42- + 3e－+ 4H2O=Fe(OH)3 + 5OH－
例5、（2013全国新课标卷1）28⑸二甲醚直接燃料电池具有启动快，效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃烧燃料电池（5.93kW·h·kg-1），若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为_______________。
解：CH3OCH3 作为燃料在负极发生反应，酸性环境对应产物为CO2 依据上述方法不难写出CH3OCH3－12e－＋3H2O＝2CO2＋12H＋
需要说明的是，在使用此法时，关键要看环境。如锌锰干电池，放电时总反应为：Zn +2MnO2 +2NH4+ = Zn2+ +Mn2O3 + 2NH3↑+ H2O，该反应电解质是NH4 Cl，故配平电荷时选NH4+ ，正极反应为：2MnO2+ 2e－ + 2NH4+ = Mn2O3 + 2NH3 ↑+ H2O ；固体电解质要用所能传递的离子配平电荷。
电化学题型中，电极反应式的书写是核心，电极附近的现象，环境pH变化等都由电极反应来判断。
例5、（2011新课标全国）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：
Fe + Ni2O3 + 3H2O === Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是
A. 电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe
B. 电池放电时，负极反应为Fe + 2OH－－2e－=== Fe(OH)2
C. 电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D. 电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH－－2e－ === Ni2O3+3H2O
解析：由放电时的反应可以得出铁做还原剂失去电子，Ni2O3做氧化剂得到电子，因此选项A均正确；B、C、D均涉及电极反应式，B，放电时负极：Fe— Fe(OH)2 ，根据以上方法不难得出电极反应式为Fe + 2OH－－2e－=== Fe(OH)2， D，充电时阳极（逆向，氧化反应）：Ni(OH)2 —Ni2O3 ，同理可得出电极反应式为：2Ni(OH)2+2OH－－2e－ === Ni2O3+3H2O，D说法正确；C，充电时阴极（逆向，还原反应），Fe(OH)2 —Fe ，电极反应式为Fe(OH)2 + 2e－=== Fe + 2OH－，因为生成了OH－因此电池充电过程中，阴极附近溶液的pH会升高，C不正确；答案：C
上述方法书写电极反应式，既适合于原电池电极反应式的书写，也适合电解池电极反应式的书写，方法简单，学生便于掌握。许多时候不用知道或写出总反应，只需知道变价离子的对应产物即可一步完成，且不易出错，能大大节省学生答题的时间。
参考文献：
【1】.北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学无机化学教研室编.，无机化学【M】高等教育出版社，1992,5,3出版。 |