浅谈电解饱和食盐水电极方程式
修改理由及教学建议
作者：周仰楠作者单位：运城市教研室，山西运城 044000
中图分类号：G632.0 文献标识码：A 文章编号：JZ007-JYXSW201210A-004
一、电解饱和食盐水阴极电极方程式存在的问题
人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书《化学·选修4·化学反应原理》第81
页对电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气的电极反应是这样表述的：“阳极2C1-+2e- =C12
↑(氧化反应);阴极2H++2e- =H2↑(还原反应);总反应为2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑。
”总反应方程式中生成物出现氢氧化钠，而阴、阳电极反应方程式中则没有出现这一物质。
对于这一问题，课本是这样解释的：“因为阴极反应中，氢离子是由水电离出来的。
”而教师是这样解释的：“由于大量的氢离子放电变成氢气，在水的电离平衡中，氢离子浓度不断减小，水的平衡强烈向右移动，因而在阴极附近产生了大量氢氧根离子。
”这就使得学生在具体的学习实践中感到困惑。
笔者认为，产生困惑的根源在于阴极电极反应方程式不妥，如果将
2H++2e- =H2↑改为2H2O+2e- =H2↑+2OH-，问题便会迎刃而解。
二、电解饱和食盐水阴极电极方程式修改的理由
1.准确地表述电解饱和食盐水阴极及其附近的变化情况
将电解饱和食盐水阴极电极反应方程式写为2H++2e-=H2↑，不能反应事物变化的本来面貌，不能把水的电离平衡强烈移动包含进去，也就是说，电极反应方程式无法解决在阴极附近产生氢氧化钠这一问题。
在电解饱和食盐水中，阴极上放电的固然是氢离子，但该氢离子是由水电离而生成的，从严格意义上讲，是水参与了反应，即水是反应物。
因此，将电解饱和食盐水阴极电极方程式2H++2e-=H2↑改为2H2O+2e- =H2↑+2OH-，能更加客观、科学、合理、准确地表述电解饱和食盐水阴极及其附近的变化情况。
2.较好地解释了在阴极附近产生大量氢氧化钠溶液的现象
将电解饱和食盐水阴极电极方程式2H++2e- =H2↑改为2H2O+2e- =H2↑+2OH-之后，学生从
电极反应的本身就可以知道氢氧化钠溶液是在阴极附近出现的，教师根本不需要做过多解释。
在具体的实验操作中，修改后的方程会引导学生在阴极区域寻找氢氧化钠溶液，或寻找氢氧化钠溶液与其他物质(如酚酞)反应产生的一些现象。
这样，学生容易把阴、阳两极各自出现
的现象分开。
另外，把阴极电极反应方程式改为2H2O+2e- =H2↑+2OH-，阴阳电极反应相加即为2Cl-+H2O=Cl2↑+2OH-+H2↑，使得电极反应方程式和总的反应方程式保持了高度一致性，便于学生相互联系，相互推导。
3.使得电解池和原电池电极反应方程式在写法上有了统一标准
教材中电解池中的电极反应方程式没有考虑水的电离，但原电池中电极反应方程式却考虑了这一重要因素，如人教版高中化学选修五《化学反应原理》第75页碱性锌锰电池的正极电极反应方程式表述为：2MnO2+2H2O+2e- =2MnOH+2OH-，锌银电池的正极电极反应方程表述为：Ag2O+H2O+2e- =2Ag↓+2OH-，第76页铅蓄电池充电时阳极的电极反应方程式表述为：PbSO4(s)+2H2O(l)+2e- =PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)。
既然原电池电极反应方程式考虑了水的电离这一过程，那么，写电解饱和食盐水电极反应方程式，也应该考虑水的电离这一过程。
4.使得电极反应方程式和离子反应方程式的书写有了统一的标准
电极反应描述了电子转移过程应属的半个氧化还原反应，由于电极反应是有离子参与的氧化或还原反应，因此，电极反应与离子反应有一定的必然联系。
那么描述这两个过程的方程就应该有一个统一标准，只有这样，才能使学生更容易、准确地学习。
人教版高中化学必修一第32页明确指出，书写离子方程式“把易溶于水、易电离的物质写成离子形式，把难溶的物质、气体和水等仍用化学式来表示”，在书写电极反应方程式时，我们容易把易溶于水、易电离的物质写成离子形式，但却没有把难溶的物质、气体和水等用化学式来表示。
假若电解饱和食盐水阴极电极反应方程式表述为：2H++2e- =H2↑，氢离子为水电离出来的氢离子，而水又属于难电解质，明显不符合离子反应方程书写的标准，经过修改之后的电解饱和食盐水阴极电极反应和离子反应的标准就一致了。
5.更符合学生的认识规律
离子反应方程式和电极反应方程式虽属不同知识点，但这两个知识点之间存在着必然的联系;虽然电解池和原电池的能量转化方式、目的和功能不同，但在这两个装置中确实都发生了电极反应。
因此，它们的本质和核心是一致的。
这样，描述电极反应的电极反应方程式就需要有一个共同标准，而要建立这样一个共同标准，就必须考虑离子的浓度和水的电离，只有这样，学生的知识才能发生有效的迁移，学生才能构建起相互联系、相对开放、科学、合理的知识体系。
三、关于氯碱工业中阴极电极反应的教学建议
氯碱工业中阴极电极反应的不合理表达已经可能成为一种习惯，虽然从历史发展的角度分析，这种表述有其合理的一面，但毕竟不能准确客观地描述基本事实。
因此，笔者提出三点建议。
1.启发学生全面了解氯碱工业电极反应的基本事实
在学习电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气这一内容中，尤其是回答氢氧化钠是怎样产生的这一问题时，教师首先要引导学生尊重客观事实，再让学生自主学习，在困惑中提炼问题，在合作中相互提问、相互启发，在讨论中共同提升。
需要注意的是，教师在引导学生思考时，要紧紧抓住阴极反应的两个过程，即氢离子放电过程和水的电离过程，让学生认清阴极反应的本质现象。
2.引导学生向实践学习，积极做好化学实验
做好化学实验是学习化学的基本方法，同时也是最有效的学习方法。
在教学实践中，很多化学教师都有这样的体会：有些问题千讲万讲，就是讲不明白，但只要在学生面前认真做好有关实验，或让学生亲自动手实验，他们很快就会明白，而且能达到举一反三、融会贯通的作用。
氯碱工业这一知识点的学习和教学就属此类，因此，创造条件做好实验是化学教师有效教学的关键环节。
3.做好知识间的横向分析，在对比中掌握知识间的本质联系
铅蓄电池是学习氯碱工业之前刚刚学到的知识，化学教师可以结合铅蓄电池的有关内容，用对比的方法展开氯碱工业内容的教学。
因为铅蓄电池是二次电池，既可以充电，也可以放电，若充电则发生电解反应。
用对比方法系统学习化学知识，可以帮助学生总结出书写电极反应的基本方法，进一步训练和培养学生的思维方法和思维习惯，从而收到意想不到的教学效果。
反面：
原帖由jiehuolushang于2010-8-8 16:21 发表
电解食盐水溶液
阳极反应：氯离子失去电子生成氯气没有问题
阴极反应是氢离子得到电子生成氢气，氢氧化钠在阴极区生成
2H+-2e——H2
问题是：食盐水溶液呈中性，为什么不是水失去电子，直接产生OH-
2H2O-2e——H2+2OH-
虽 ...
电极反应是按实际反应的粒子写半反应的，离子方程式是按规定写的。
所以，写电极反应要写：阳极：2Cl - - 2e - = Cl2↑阴极：2H+ + 2e - = H2↑
如果两个半反应相加得离子方程式，又要遵守规定了，要写成：
2Cl - + 2H2O = Cl2↑+ H2↑+ 2OH -
另外，将阴极写成2H2O + 2e - = H2↑+ 2OH-是对知识要求模糊的结果，是应纠正的，不能因个别资料出现过说是正确。
特注：大学《物理化学》在研究电解析氢的反应机理中，都肯定是氢离子得电子的反应。
对水分子直接得电子的机理没有肯定，只是这样说了一句，在碱性溶液中由于氢离子很少，可能是水分子直接得电子的反应。
原帖由豫豫于2011-1-13 11:02 发表
翻开大学课本看看，有不写H+放电的呀！！
大学《物理化学》在研究电解析氢的反应机理中，都肯定是氢离子得
电子的反应。
对水分子直接得电子的机理没有肯定，只是这样说了一句，在碱性溶液中由于氢离子很少，可能是水分子直接得电子的反应。
到被肯定以后，我们就应该这样写了：
中性、酸性时，阴极电极反应：2H + + 2e - = H2↑
碱性时电解，阴极电极反应：2H2O + 2e - = H2↑+ 2OH -。
