燃料电池电极反应式的书写

1、燃料电池电极反应式的书写 燃料电池电极反应式的书写是中学化学教学的难点， 也是高考化 学的 常考考点之一， 在书写时学生往往易错。 参加北大附中课堂教学 培训，感 悟最深的是桑老师对燃料电池电极反应式的复习的处理， 其 复习教学设计 如下：一、首先分清原电池的正、负极均为惰性电极，电极均不参与反 应。二、正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子 首先 变为氧离子， 根据电解质的不同， 其负极电极反应式书写分以下 几种情 况：（ 1）在酸性溶液中生成的氧离子与氢离子结合生成水，其电极反应式为： O2 + 4e- + H+= 4H2O（ 2）在碱性溶液中 ,氧离子与氢氧根离子不能结合

2、,只能与水结合生 成 氢氧根离子 ,其电极反应式为： O2 + 4e -+ 2H 2O= 4OH -（ 3）在熔融碳酸盐中 ,氧离子与碳酸根离子不能结合，只能与二氧 化碳 结合生成碳酸根离子，其电极反应式为： O2+2CO2-+4e-=2 CO 32- （ 4） 在熔融氧化物介质中，氧气得到电子转化为氧离子 ,其电极反应 式为： O2 + 4e - = 2O 2-三、负极发生氧化反应 ,负极生成的离子一般与正极产场结合， 有以下 几种情况：（1 ）若负极通入的气体是氢气 ,则酸性液中 H2 - 2e- = 2H+碱性溶液中H2 - 2e- + 20H = 2H 20熔融氧化物中H2 - 2e-

3、 + C2 = H20（2）若负极通入的气体为含碳的化合物 CO CH 4、CHCH等，碳元素 均转化为正四价碳的化合物、在酸性溶液中生成二氧化物气体、在碱性溶液中生成碳酸根离子，熔融碳酸盐中生成二氧化碳，熔融氧化物中生成碳酸根离子。含有氢元素的化合物最终都有水生成。如CHsCH燃料电池: 酸性溶液中负极反应式为:CH30H - 6G + H 2C = CO f + 6H +碱性溶浚中负极反应式为：CfOH - 8G + 10OH = CO 2-+ 7H0氢氧燃料电池Ii *氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2,正极通入O2,总反应为：2H2 + O2 = 2H

4、2O电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况：电解质是KOH溶液（碱性电解质）负极发生的反应为：H2-2e = 2H + ,2H+ + 2OH = 2HO,所以:负极的电极反应式为：H2 - 2e- + 2OH = 2HO ;正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- = 2O 2-，O2-在碱性条件下不 能单 独存在，只能结合 H2O 生成 0H 即： 2O 2- + 2HHO = 40H , 因此，正极的 电极反应式为： O2 +2H2O + 4e- = 4OH - 。2电解质是 H2S04 溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为： H2 - 2e- = 2H+ 正极是 02 得到电子，即：

5、 02 + 4e- = 20 2- ， 02- 在酸性条件下不 能单独 存在，只能结合 H+生成出0即：02- + 2 Ft = HO,因此 正极的电极反应式 为： 02 + 4H+ + 4e- = 2H 20（02 + 4e- = 20 2- ， 202- + 4H + = 2H20）3. 电解质是 NaCI 溶液（中性电解质） 负极的电极反应式为： H2 - 2e- = 2F t 正极的电极反应式为：02 +2H20 + 4e- = 40H -说明： 1.碱性溶液反应物、生成物中均无 H+酸性溶液反应物、生成物中均无 0H-中性溶液反应物中无 H+ 和 0H-水溶液中不能出现 02-甲醇燃

6、料电池甲醇燃料电池以铂为两极 ,用碱或酸作为电解质：1. 碱性电解质（ KOH 溶液为例）总反应式：2CH40 + 30 2 +4K0H= 2K 2C03 + 6H20正极的电极反应式为：302+12e- + 6H20=120H -负极的电极反应式为：CH40 -6e -+80H - = C0 32-+ 6H202. 酸性电解质（ H2SO4 溶液为例）总反应: 2CH4O + 3O2 = 2CO 2 + 4H2O 正极的电极反应式为：3O 2+12e -+12H + = 6H 2O 负极的电极反应式为： 2CH 4O-12e -+2H2O = 12H + 2CO2 说明：乙醇燃料电池与甲醇燃

7、料电池原理基本相同甲烷燃料电池甲烷燃料电池以多孔镍板为两极 ，电解质溶液为 KOH, 生成的 CQ 还要与KOH 反应生成 K?CC3，所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 20 2 = K2CO3 + 3H2O。负极发生的反应： CH4 - 8e- + 8CH =CC + 6H 2C CC2 + 2CH =CC 2- + H2C , 所以：负极的电极反应式为： Cf + 10 0H - 8e- = CO 2- + 7H2C 正极发生的反 应有： C2 + 4e- = 2C 2- 和 C2- +2H2C = 4CH - 所以： 正极的电极反 应式为： 02 + 2H20 + 4e- = 40H

8、 -说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式， 就掌握了其它气态烃燃料 电池的 电极反应式四、铝 -空气-海水电池我国首创以铝 - 空气-海水电池作为能源的新型海水标志灯，以 海水为电解 质， 靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。 只要把 灯放入海水中数分 钟，就会发出耀眼的白光。电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的 惰性材料。负极的电极反应式为：4AI 12e_=4A P+;正极的电极反应式为：302+6H 2O+12e -=12OH总反应式为：4AI+3Q+6H 2O=4AI(OH)说明:铝板要及时更换，铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积燃料电池的负极反应，一般较难写

9、出，而正极反应和电池总反应却较 易写出。 在碱性条件正极反应为：02 + 2H0 + 4G = 40H -;因此这类燃 料电池的电极 反应书写方法为：用电池总反应减去正极反应可得负极 反应，这是写负极反应 式的一种巧妙方法。如：某原电池中盛有K0H浓溶液，若分别向负极通入以下可燃性气体，向正极通入02，则电路中就有电流通过，试完成下列问题：可燃电池总反应正极性负极反应反应气体H22H2+02=2H2002 +2H202H2+40H-4e -=4H20C02C0 + Q+4 0H=2C0 2-+2H20+ 4。2C0+80H-4e=2CQ 2+4H20CTCH+2C 2+20H=C0 2-+3H

10、2040HCH+100H-8e -=CQ2-+7H20Cf0H2CHS0H+3Q+40IH=2CQ 2- +6H20CH30H+80 耳 6e-=C02- +6H20以为例讲解此类电极反应的书写：方法一：直接书写负极反应步骤：2CHOH+-12e=2CQ 2-+（抓住总反应中电子转移数） 根据电极反应式左右同电性等电量原则确定0H 数：将左端-I2e- ”移到右端看成“ 2CO + 12e ”即共16个负电荷，故左端应有“ 16 0H抽“ H 定“H的系数应为12。因此负极的电极反应为“ 2COH+16OH-12e -=2CO 2-+12H2C ”方法二：先根据总反应写出正极反应：“30+6H

11、2O +12e = 120H ”，然后用总反应式：“ 2C3OH+3Q+4OH=2CQ 2-+6H 20减去正极反应即可 得负极反 应。练习：1、在乙醇燃料电池（电解质为 KOH）中，通入正极的物质 的化学式为一；正极的电极反应式为一；乙醇在一极发生了一反应答案：（还原或氧化）；负极的电极反应式为： 02 02 +2H 20 +4e = 40H 负极氧化 C2H6O+16OH t 12 e=2CQ 2-+11H2O2、写出乙烷，空气，KOH组成的燃料电池的电极反应。H+ , C02答案：燃料电池的电解质是碱性的，因此电极反应中不允许出现 等物质，因为这些物质都会与 0H-反应正极：02 +2H2O +4e = 40K负极： QH6-14e-+180H=2C0 2-+12H20总反应 2C2H6+7O2+8OH