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电极反应式和总反应式的书写规范

关于高中化学的电化学部分一直是高中化学内容中重要的基本概念和基础理论之一,特别是电极反应式和总反应式的书写问题。虽说现行教学大纲对这部分的要求不高,但是,这部分的内容一直是高考和竞赛的要点和难点。再加上现行教材中对这部分的内容书写也不是很规范,这样更加加大了教师和学生教与学的难度。本文旨在唤起广大师生的共识,力求规范和准确书写电极反应式和总反应式。

一、电极反应式和总反应式的一般概念

电极反应式是指在电化学反应中,原电池放电时的正、负极(或电解池电解时的阴、阳极)发生的还原、氧化反应得失电子的离子反应式(包括极区溶液中的微粒参加的反应在内)。其实质均是将氧化还原反应分割成氧化和还原两个电极反应式和总反应式的书写规范半反应的反应式,并且伴随着电子的得失和转移。

总反应式则有两个层次的含义。广义的总反应式是指原电池放电(或电解池电解)时装置中所发生的所有相关化学变化并反映各物质之间的化学计量关系的总反应式(既包括两极反应又包括两极反应的产物在溶液中的相关反应)。而狭义的总反应式仅是指两电极反应式之和,不包括两极的电极反应产物在溶液中相遇或混匀溶液时发生的反应。

例如:普通的锌锰干电池的电极反应式和总反应式如下:

正极:2NH4 + 2e- + 2MnO2 = 2NH3 + Mn2O3 + H2O

(包括极区反应H2+2MnO2=Mn2O3+H2O,教材此处已在试用版的基础上得到修正)

负极:Zn - 2e- = Zn2+

该电池总反应式为(狭义):Zn + 2NH4 + 2MnO2 = Zn2++ 2NH3 + Mn2O3 + H2O(一般常用此式表示)

若还包括两极各自产物Zn2+和NH3在溶液中的络合反应{ Zn2++ 4NH3 = [Zn(NH3)4]2+},则该电池反应的总反应式(广义)即为:2Zn + 4NH4 + 4MnO2 = Zn2++[Zn(NH3)4]2+ + 2Mn2O3 +2 H2O。

二、电极反应式和总反应式的书写规则

1、电极反应式的书写规则

(1)原电池放电时的正、负极(或电解池电解时的阴、阳极)的电极反应式中各微粒的化学式均严格按照离子方程式的书写规则进行书写(即除了易溶且易电离的物质才可拆成离子形式,其它物质一律只写成化学式)。

(2)电极反应式不仅写出被氧化和被还原的物质及其产物外,还须包括该极区周围电解质溶

液中参加了离子反应的微粒在内。(注意:由于盐类的水解程度一般很小,因此可不考虑某些离子的水解反应)

(3)原电池放电时的正、负极(或电解池电解时的阴、阳极)的电极反应式都应满足氧化还原反应的电子得失守衡。

例1:氢氧燃料电池

(1)在KOH溶液的强碱性介质中

负极: 2H2-4e -+4OH -=4H2O

↑                                                        ↑

(被氧化物质) (负极区溶液中的OH - 和氧化产物H反应)

正极: O2+4e-+2H2O=4OH -

↑                                     ↑

(被还原物质) (正极区溶液中的H2O和还原产物反应)

(2)在盐酸的强酸性介质中

负极: 2H2-4e -=4H

正极: O2+4e-+4H=2H2O

            ↑                          ↑

(被还原物质)(正极区溶液中的H和还原产物反应)

例2:用电极反应式和总反应式的书写规范惰性电极电解

(1)Na2SO4溶液:

阳极:2H2O-4e-=4H+O2↑ (导致阳极区周围溶液呈酸性)

阴极:4H2O+4e-=2H2↑ +4OH - (导致阴极区周围溶液呈碱性)

(当溶液中阳极产物H和阴极产物OH在溶液中相遇发生反应H + OH = H2O,最终溶液呈中性)

(2)H2SO4溶液:

阳极:2H2O-4e-= 4H +O2

阴极:4H+ 4e- = 2H2

2、总反应式的书写规则

(1)将原电池放电时的正、负两极(或电解时的阴、阳两极)的电极反应式相加所得的和即为总反应式(这里系指狭义的总反应式)。

(2)电解质溶液中来自两极的电极反应所分别产生的离子,在溶液中相向迁移,相遇并相互发生的离子反应,可单独书写离子方程式,当然也可写入总反应式而得到广义的总反应式(由于这些离子反应的化学计量数关系和电极反应式是一致的)。

上述例1的电池总反应式均为:2H2 + O2 = 2H2O;

而例2的广义总反应式均为:2H2O电极反应式和总反应式的书写规范2H2↑ +O2

(3)以上所得的总反应式一般为离子方程式,也可改写成对应的化学方程式。

三、教材中相关内容的规范书写

1.铅蓄电池:

(1)放电时:

负极:Pb-2e-+SO42=PbSO4

↑                                           ↑

(被氧化物质)(负极区溶液中的SO42和氧化产物Pb2+反应)

正极:PbO2+2e-+4H+SO42=PbSO4+2H2O

↑                                                        ↖ ↗

(被还原物质) (正极区溶液中的H、SO42和还原产物反应)

(2)充电时:

阳极:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO42

阴极:PbSO4+2e- =Pb +SO42

总反应式为:Pb+PbO2+2H2SO4电极反应式和总反应式的书写规范2PbSO4+2H2O

2.电解饱和食盐水:

阳极:2Cl-2e-=Cl2

阴极:2H2O+2e-=H2↑+2OH(导致阴极区周围溶液呈碱性。此处教材里书写不规范)

总离子反应式:2Cl+2H2O电极反应式和总反应式的书写规范Cl2↑ +H2↑+ 2OH

总化学方程式为:2NaCl+2H2O电极反应式和总反应式的书写规范Cl2↑ +H2↑+ 2NaOH

四、下列实例,以作规范参考和对照比较

例1:将用导线相连的表面已经过活化的铂电极插入KOH溶液中,然后向两极分别通入CH3OH和O2,构成甲醇燃料电池。该电池的电极反应式和总反应式分别为:

负极:2CH3OH-12e-+16OH=2CO32+12H2O

正极:3O2+12e-+6H2O=12OH

电池总反应式为:2CH3OH+3O2+4OH=2CO32+6H2O

例2:用电化学方法制备KIO3的原理是:以石墨电极为阳极,不锈钢电极为阴极,用KI溶液(加入少量K2Cr2O7)为电解质溶液,在一定电流强度和温度下进行电解,其电解总反应式为:

KI 3H2O 电极反应式和总反应式的书写规范KIO3+3H2↑。其两极反应式为:

阴极:6H2O+6e-=3H2↑+6OH

阳极:I+3H2O-6e-=IO3+6H

例3:银器皿日久表面逐渐变为黑色,这是由于生成了Ag2S,有人设计用原电池原理除去银器表面黑色,让其重放光彩。其处理方法是:将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间后,黑色会逐渐褪去而银却不会损失。该原电池中:

负极:2Al-6e-=2Al3+

正极:3Ag2S+6e-=6Ag+S2-

该电池总反应式(广义)为:2Al + 3Ag2S + 6H2O = 2Al(OH)3 ↓+ 3H2S↑+ 6Ag(包括正、负极产物Al3+和S2-在溶液中的双水解反应:2Al3++ S2- + 6H2O = 2Al(OH)3 ↓+ 3H2S↑在内)

五、电极反应式和总反应式的书写规范的必要性

作为一门基础科学的教材,首先要注重规范。虽然教材在原有的基础上也在逐渐修正,但还须及时和加强。其次,教师在教学过程中更要力求化学用语的规范化书写,要讲清概念、定义、原理的内涵和外延,并加强巩固和训练,提高学生书面语言的准确性、规范性,让学生养成认真严谨的科学态度,减少学生因文字和化学用语表达不具体、不规范等非智力因素而造成不必要的失误。

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