新型电池电极反应式难点突破

熊绍良 喻嵘

摘  要：从原电池总反应入手是快捷准确书写电极反应式的首选寻找和分析原电池自发进行的氧化还原反应是首要任务，没有或不能直接得出总反应式时应审视题给信息寻找负极和正极对应的氧化还原电对并确定变价元素及化合价或氧化数的变化总数以此来确定电极反应物和生成物从而完成电极反应式的书写。

关键词：新型;原电池;电极反应

1  问题的提出

新系列化学电源不断出现，化学电源的电极材料和电解质不断优化，以新型电池为背景的电池工作原理在高考题中高频出现，因其背景新颖物质相对陌生，书写电极反应式便成为困扰学生的难点，下面结合实例阐述如何突破电池电极反应式。

2  基本原理

电池反应式的书写要从原电池原理入手。通常情况是把一个自发进行的氧化还原反应设计成原电池的。那么从题目中寻找自发进行的氧化还原反应是首要任务，有时电池反应的总反应方程式题中明示，有了总反应方程式将其按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应[1]即易完成两电极反应式的书写;题中没给出总反应时应认真审视和理解题给信息，包括问题选项中出现的信息和图示信息并有效提取，找出负极的氧化还原电对[2]（氧化型/还原型）和正极的氧化还原电对，兼顾电解质环境写其电极反应式和总反应方程式等问题便迎刃而解。

3  方法策略

3.1  加和性原则

加和性指得失电子数相等的前提下将正负极反应式相加可得原电池总反应。常利用此原则，在得失电子数相等时用总反应式减去已知的一极电极反应式可得另一电极的反应式。

3.2共存性原则

共存性指所写出的电极反应式要与电解质溶液相匹配，即电极反应式必须考虑介质环境，物质得失电子后在不同的介质环境中所存在的形式不同。如碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H+参加反应或生成;当电解质溶液是酸性是，不可能有OH-参加反应或生成等。

3.3守恒性原则

守恒性指电极反应是氧化或还原反应，要遵循电子守恒、质量守恒及电荷守恒。在同一个原电池中，负极失去的电子总数必等于正极得到的电子总数，所以在写电极反应式时，要注意电子得失守恒;电极反应式两边原子种类和个数相等即要质量守恒;离子是带电荷的，电极反应式两边要电荷平衡，根据电解质具体情况确定平衡电荷的离子。

4  步骤程序

确定总反应，由总反应拆分出氧化反应作原电池的负极反应，还原反应作原电池的正极反应，由反应物和生成物结合电解质环境写出各电极反应;当总反应隐含时结合图示信息，如用电器中电子流向，溶液中离子的迁移方向判断原电池的正负极，结合各极原料出入的变化情况或挖掘选择项信息找出正、负极的氧化还原电对等。

负极反应：还原剂-ne-+介质 =氧化产物

正极反应：氧化剂+ ne-+介质 =还原产物

此中确定变价元素和化合价改变总值从而确定电子转移的物质的量是正确写出电极反应式的前提。

5  实例分析

例1 全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）.写出电池的电极反应式。

分析：由总反应知单质Li被氧化，负极反应：单质 S8被还原，结合它的存在形式及守恒关系，

正极反应：

拓展：随着放电的进行正极材料会发生图示所示的变化

硫元素价态（氧化数）由逐渐降低，如某阶段发生变化时，正极反应变为，而负极反应不变。此时总反应为

例2（2014全国卷II）2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是

A.a为电池的正极

B.电池充电反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLi

C.放電时，a极锂的化合价发生变化

D.放电时，溶液中Li+从b向a迁移

分析：未给出总反应，由图示知负极氧化还原电对为Li+/Li，结合B选项信息知正极的氧化还原电对为Li1-xMn2O4/ LiMn2O4  此电对中价态发生改变的元素是Mn，可写出各电极反应及总反应式。

负极反应：

正极反应：

两式相加得总反应式：

例3 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图[3]。写出燃料电池电极反应式及总反应式

分析：该题既无总反应，催化重整装置又对燃料电池有干扰作用，关键要从催化重整的产物：CO+H2从电极A输入，以CO2+H2O输出为突破口，原料发生氧化反应。可知A为负极，又从催化重整反应CH4+H2     3H2+CO，结合电解质为熔融碳酸盐以平衡电荷，易写出电极反应和总反应

负极反应：

正极反应：

两式相加得总反应为：

例4微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置.某微生物燃料电池的工作原理如下图所示写出该燃料电池的电极反应。

分析：该题没给出总反应，图示信息较多，由质子移动方向知，电极a为燃料电池负极，电极b为燃料电池正极。硫酸盐还原菌将有机物氧化为CO2，本身被还原为HS-，HS-为电池负极原料，而硫氧化菌可以将HS-催化氧化为，所以两种菌存在，就会循环把有机物转化为二氧化碳放出电子，负极上硫氢根离子在硫氧化菌作用下转化为硫酸根离子，失电子发生氧化反应，

负极电极反应为：

正极为氧气得电子生成水，电极反应为：

电池总反应为：

参考文献

[1]  郭炳焊丝，李新海，杨松青.化学电源[M]湖南：中南大学出版社 2009 304-310

[2]  唐有根.镍氢电池[M]北京：化学工业出版社2007  121-125

[3]  郑克强，高考总复习[M].湖南：湖南教育出版社2017 66-74