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模型2:电极反应书写

电解原理及其应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 依据氧化还原原理,结合介质环境,将总反应拆解为阳极氧化和阴极还原两个半反应的过程。

从哪来 基于“模型1:电极判断”确定阴阳极及得失电子方向,结合“2. 电极反应”的基本概念,并严格遵循“1. 判断溶液酸碱性”以选择正确的介质离子参与配平。

为什么 电极反应本质是电子转移,但电子不能单独存在于溶液中,必须依附于物质。 1. 守恒律要求:电荷守恒和原子守恒必须同时满足。 2. 介质依赖性:氧化剂或还原剂在酸性、碱性或中性环境中存在的形态不同(如 $H^+$ 与 $OH^-$ 不能共存),因此必须根据“1. 判断溶液酸碱性”的结果,引入 $H^+$、$OH^-$ 或 $H_2O$ 来平衡电荷和原子,否则写出的反应在物理上不可能发生。

讲法
口诀法(适合记忆型、基础薄弱学生) 提供万能口诀:“正负看电源,得失看化合;酸性加氢,碱性加氢氧,中性加水,电荷必守恒”。 操作步骤: 1. 定两极(正负/阴阳)。 2. 写主体(谁失电子,谁得电子)。 3. 配电荷(酸性加 $H^+$,碱性加 $OH^-$,中性加 $H_2O$)。 4. 配原子(最后配 $H_2O$)。 *强调:先写电子,再配电荷,最后配原子。*
讲法
守恒推导法(适合逻辑型、理科思维强学生) 不背口诀,从数学守恒角度推导。 1. 写出核心氧化还原对:$Red \rightarrow Ox + ne^-$ 或 $Ox + ne^- \rightarrow Red$。 2. 列出原子守恒方程和电荷守恒方程。 3. 设未知数 $x, y$ 代表 $H^+, OH^-, H_2O$ 的系数。 4. 解方程组。 *强调:理解为什么酸性环境只能出现 $H^+$ 而不能出现 $OH^-$,因为 $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$ 会自发进行,导致体系不稳定。*
讲法
微观粒子碰撞法(适合形象思维、空间感强学生) 想象电极表面是一个“交易大厅”。 1. 阳极是“卖出电子”的柜台,物质在这里失去电子,变成离子进入溶液。 2. 阴极是“买入电子”的柜台,溶液中的离子在这里得到电子,变成原子或分子。 3. 溶剂水分子是“搬运工”,如果电荷不平,水分子就拆开成 $H^+$ 或 $OH^-$ 来凑数。 *强调:观察溶液中实际存在的离子种类,缺什么补什么,但必须符合该pH环境。*
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练一道
基础题
写出酸性条件下,酸性高锰酸钾溶液氧化草酸根离子($C_2O_4^{2-}$)生成 $CO_2$ 的电极反应式(假设在阳极发生氧化)。
变式
写出碱性条件下,锌-空气电池负极(锌被氧化)的反应式。
试试手自己判
检测题
在酸性介质中,写出 $Cr_2O_7^{2-}$ 被还原为 $Cr^{3+}$ 的电极反应式。
看答案和判分标准
答案:$Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- = 2Cr^{3+} + 7H_2O$
判对标准:
1. 物质正确:$Cr_2O_7^{2-}$ 和 $Cr^{3+}$。
2. 介质正确:使用了 $H^+$ 和 $H_2O$,未使用 $OH^-$。
3. 原子守恒:Cr(2), O(7), H(14)。
4. 电荷守恒:左 $-2+14-6=+6$,右 $2 \times 3=+6$。
5. 电子位置:在左边(还原反应)。
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