例析原电池电极反应式的书写策略

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近几年新课标高考试题中，有关原电池原理知识的考查比较常见，而考查的一个重要方面就是原电池电极反应式的书写，题目灵活多变，既源于课本又高于课本，体现了对学生基础知识掌握情况和综合分析能力的考查，很多学生由于对原电池原理掌握不够透彻、综合分析能力较弱，看到题目似曾相识，做起来却无法下手。如何才能正确书写原电池电极反应式呢？笔者结合自身教学实际，归纳出原电池电极反应式书写的一些简单策略。

氧化还原反应的本质是电子转移，反应中还原剂失去电子发生氧化反应，转变为氧化产物；氧化剂得到电子发生还原反应，转变为还原产物，电子由还原剂向氧化剂转移，一个完整的氧化还原反应可看作由失电子氧化反应和得电子还原反应两个半反应组成。而原电池就是依据自发氧化还原反应，将化学能转变为电能的装置，装置中利用导线将两个电极和电解质溶液（或熔融电解质）相连形成闭合回路，使氧化还原反应的两个半反应分别在正负两极上发生，从而形成电子定向移动而产生电流。在原电池的负极上发生失电子氧化反应，正极上发生得电子还原反应，而原电池电极反应式其实就是氧化还原反应的两个半反应，因此，分析氧化还原反应中物质氧化还原与电子转移的关系是正确书写电极反应式的基础。

当给出原电池总反应时，可通过对氧化还原反应的基本分析确定物质氧化还原与电子转移的关系，如未给出总反应时，也可依据题意分析确定被氧化、还原的物质及其氧化还原产物，从而写出两极反应式的基本形式为：

负极：还原剂-xe-氧化产物

正极：氧化剂+xe-还原产物

然后，要根据电解质溶液的性质，分析电极产物能否与电解质溶液继续反应，从而确定电极产物在电解质溶液中的稳定存在形式。如，氢氧燃料电池中，H2在负极被氧化为H+，O2在正极被还原为H2O或OH-，如，在酸性环境中，H+可稳定存在，而O2的还原产物只能为H2O，此时两极电极反应式分别为：负极：H2-2e-2H+，正极：O2+4e-+4H+2H2O；如，在碱性环境中，H2的氧化产物H+必须和OH-结合生成H2O才能稳定存在，此时两极电极反应式应写为：负极：H2-2e-+2OH-2H2O，正极：02+4e-+2H2O4OH-。再如，甲烷燃料电池中，CH4在负极被氧化为CO2，如，在酸性介质中，CO2可稳定存在，电极反应式为：CH4-8e-+2H2OCO2+8H+；如，在碱性介质中，CO2要和OH-反应生成CO32-才能稳定存在，此时电极反应式应为：CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O。

最后，根据元素守恒和电荷守恒，将电极反应式补充完整。因为负极发生失电子氧化反应，负极反应式可在左面补充阴离子或在右面补充阳离子使电荷守恒（同时使元素守恒），同样，正极反应式可在左面补充阳离子或在右面补充阴离子使电荷守恒（同时使元素守恒），从而将电极反应式补充完整。

例1（2013年新课标全国卷Ⅱ36题节选）：锌锰电池（俗称干电池）在生活中的用量很大。回答下列问题：（1）普通锌锰电池放电时发生的主要反应为：Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn（NH3）2Cl2+2MnOOH，该电池中，负极材料是 ，电解质的主要成分是 ，正极发生的主要反应是 。

解析：结合题意可知电解质的主要成分为NH4Cl，对上述总反应进行氧化还原分析，反应中Zn失电子被氧化为Zn（NH3）2Cl2，MnO2得电子被还原为MnOOH，因此可确定负极主要材料为Zn，正极反应式的基本形式为：MnO2+e-+MnOOH，再通过观察在反应式左面补充1个NH4+使电荷守恒，右面补充1个NH3使元素守恒，最后得正极反应式为：MnO2+e-+NH4MnOOH+NH3。

例2（2011年新课标全国卷27题节选）在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为 ，正极的反应式为 。

解析：燃料电池是以燃料的燃烧反应为原理设计成的原电池，其总反应也就是燃烧反应（介质不同时略有变化），已知甲醇的燃烧反应为：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，由于介质为酸性，则甲醇在负极被氧化为CO2和H2O，02在正极被还原为H2O，因此，可先写出正极反应式为：02+4e-+4H+2H2O，再用总反应减去正极反应即可得到负极反应式为：CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+。