燃料電池電極反應式的書寫

1、燃料電池電極反應式的書寫燃料電池電極反應式的書寫是中學化學教學的難點， 也是高考化 學的?？伎键c之一， 在書寫時學生往往易錯。 參加北大附中課堂教學 培訓，感悟最深的是桑老師對燃料電池電極反應式的復習的處理， 其 復習教學設計如下：一、首先分清原電池的正、負極均為惰性電極，電極均不參與反 應。二、正極發(fā)生還原反應，通入的氣體一般是氧氣，氧氣得到電子 首先變?yōu)檠蹼x子， 根據(jù)電解質(zhì)的不同， 其負極電極反應式書寫分以下 幾種情況：（1）在酸性溶液中生成的氧離子與氫離子結(jié)合生成水，其電極反 應式為： O2 + 4e- + H+= 4H2O（2）在堿性溶液中 , 氧離子與氫氧根離子不能結(jié)合 , 只能與水

2、結(jié)合 生成氫氧根離子 , 其電極反應式為： O2 + 4e + 2H2O= 4OH（3）在熔融碳酸鹽中 , 氧離子與碳酸根離子不能結(jié)合， 只能與二氧 化碳結(jié)合生成碳酸根離子，其電極反應式為： O2+2CO2-+4e -=2 CO32- （ 4）在熔融氧化物介質(zhì)中， 氧氣得到電子轉(zhuǎn)化為氧離子 , 其電極反應 式為： O2 + 4e- = 2O2-三、負極發(fā)生氧化反應 , 負極生成的離子一般與正極產(chǎn)場結(jié)合， 有以下幾種情況：（1） 若負極通入的氣體是氫氣 , 則 酸性液中 H 2 - 2e - = 2H + 堿性溶液中 H 2 - 2e + 20H = 20 熔融氧化物中 H 2 - 2e - +

3、 02- = H2O（2）若負極通入的氣體為含碳的化合物 CO CH、CHOH等,碳元 素均轉(zhuǎn)化為正四價碳的化合物、在酸性溶液中生成二氧化物氣體、 在 堿性溶液中生成碳酸根離子，熔融碳酸鹽中生成二氧化碳，熔融氧化 物中生成碳酸根離子。含有氫元素的化合物最終都有水生成。如CHOH燃料電池：酸性溶液中負極反應式為：CHOH - 6e + H2O = CQf + 6H 堿性溶浚中負極反應式為：CHOH - 8e- + 1OOH = CO2+ 7H2O氫氧燃料電池Ii *衛(wèi)氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑（Pt）或石墨做電極材料，負極通入，正極通入O2,總反應為：2H2 + O2 = 2H2O電極反應特

4、別要注意電解質(zhì)，有下列三種情況：1. 電解質(zhì)是KOH溶液（堿性電解質(zhì)）負極發(fā)生的反應為：f - 2e - = 2H+ ,2H + + 2OH- = 2H 2O,所以：負極的電極反應式為：H - 2e- + 2OH- = 2H?O正極是Q得到電子，即：Q + 4e- = 2O2- , CT在堿性條件下不能單獨存在，只能結(jié)合 H2Q生成QH即：2O- + 2H2O = 4QH ,因此，正極的電極反應式為： Q2 +2H2Q + 4e- = 4QH - 。2 .電解質(zhì)是HbSQ溶液（酸性電解質(zhì)）負極的電極反應式為：H2 - 2e- = 2H +正極是Q得到電子，即：Q + 4e- = 2Q2- ,

5、Q在酸性條件下不 能單獨存在，只能結(jié)合Hf生成H2Q即：Q- + 2 H + = H2Q因此 正極的電極反應式為： Q2 + 4H+ + 4e- = 2H2Q（Q2 + 4e- = 2Q2- ， 2Q2- + 4H + = 2H 2Q）3. 電解質(zhì)是 NaCl 溶液（中性電解質(zhì)） 負極的電極反應式為： H2- 2e- = 2H+正極的電極反應式為： Q2 +2H2Q + 4e- = 4QH -說明： 1. 堿性溶液反應物、生成物中均無 H+2. 酸性溶液反應物、生成物中均無 QH-3. 中性溶液反應物中無 H+ 和 QH-4. 水溶液中不能出現(xiàn) Q2-甲醇燃料電池 甲醇燃料電池以鉑為兩極 ,

6、用堿或酸作為電解質(zhì)：1. 堿性電解質(zhì)（KQH溶液為例）總反應式： 2CH4Q + 3Q2 +4KQH= 2K2CQ3+ 6H2Q 正極的電極反應式為： 3Q2+12e- + 6H 20=12QH-負極的電極反應式為： CH4Q -6e -+8QH- = CQ32- + 6H2Q2. 酸性電解質(zhì)（ H2SO4 溶液為例）總反應: 2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O 正極的電極反應式為： 3O2+12e-+12H+ = 6H2O 負極的電極反應式為： 2CH4O-12e-+2H2O = 12H+ 2CO2 說明：乙醇燃料電池與甲醇燃料電池原理基本相同甲烷燃料電池甲烷燃料電池以多孔鎳

7、板為兩極，電解質(zhì)溶液為KOH生成的CO還要與KOH反應生成&CO,所以總反應為：CH + 2KOH-2Q = K2CO + 3H2O。負極發(fā)生的反應：CH - 8e- + 8OH=CO+ 6H2OCO+ 2OH = COa2 + H2O,所以：負極的電極反應式為：CH + 10 OH - 8e- = CO a2- + 7H 2O正極發(fā)生的反應有：O + 4e- = 2O 2和C2 +2H2O = 4OH所 以：正極的電極反應式為： O2 + 2H2O + 4e- = 4OH -說明：掌握了甲烷燃料電池的電極反應式， 就掌握了其它氣態(tài)烴燃料 電池的電極反應式四、鋁-空氣-海水電池我國首創(chuàng)以鋁-空

8、氣-海水電池作為能源的新型海水標志燈，以 海水為電解質(zhì)， 靠空氣中的氧氣使鋁不斷被氧化而產(chǎn)生電流。 只要把 燈放入海水中數(shù)分鐘，就會發(fā)出耀眼的白光。電源負極材料為：鋁；電源正極材料為：石墨、鉑網(wǎng)等能導電的惰性材料。3+負極的電極反應式為：4AI 12e_ =4Al ;正極的電極反應式為：3O+6HO+12e =120H總反應式為：4AI+3Q+6HO=4AI(OH說明：鋁板要及時更換，鉑做成網(wǎng)狀是為了增大與氧氣的接觸面積燃料電池的負極反應，一般較難寫出，而正極反應和電池總反應卻較 易寫出。在堿性條件正極反應為： O + 2H2O + 4e- = 4OH-;因此這類 燃料電池的電極反應書寫方法為

9、：用電池總反應減去正極反應可得負極反應，這是寫負極反應式的一種巧妙方法。如：某原電池中盛有KOH濃溶液，若分別向負極通入以下可燃性氣體， 向正極通入O,則電路中就有電流通過，試完成下列問題:可燃性氣體電池總反應正極反應負極反應2H2+O=2HOO +2H2O2H+4OH4e-=4HOCO2CO + Q+4 OH=2CO-+2HO+ 4e-2CO+8 OH4e- =2CO-+4HOCHCH+2Q+2OI=CO-+3HO=CH+1OOH8e-二COf-+7HOCHOH2Ch3OH+3O4OI2C(32-+6H.O4OHCHOH+8Ok6e-二C&- +6HO以為例講解此類電極反應的書寫:方法一：直

10、接書寫負極反應步驟： 2CHOH+-12e=2C（O+（抓住總反應中電子轉(zhuǎn)移數(shù)）根據(jù)電極反應式左右同電性等電量原則確定 0H數(shù)：將左端“-12e- ”移到右端看成“ 2CO- + 12e- ”即共16個負電荷，故左端應有“ 16OH 由“H確定“HC”的系數(shù)應為12。因此負極的電極反應為“ 2CHOH+16CH2e-=2C（f + 12HC”方法二：先根據(jù)總反應寫出正極反應： “ 3O +6H2O +12e = 120H”， 然后用總反應式：“ 2C（3OH+3+4OH=2C（f+6HO減去正極反應即可 得負極反應。練習：1、在乙醇燃料電池（電解質(zhì)為 KOH中，通入正極的物質(zhì)的 化學式為；正極的電極反應式為；乙醇在極發(fā)生了反應（還原或氧化）；負極的電極反應式為：。答案：0 2 Q+2H0 +4e = 4OH負極 氧化 C2H3O+16OH-12 e =2C(f+11H02、寫出乙烷，空氣，KOH組成的燃料電池的電極反應。答案：燃料電池的電解質(zhì)是堿性的，因此電極反應中不允許出現(xiàn)H+ , C02等物質(zhì)，因為這些物質(zhì)都會與OH-反應正極：O +2HO +4e = 4OH負極：C2F6-14e+18OI-=2C(32+12hlO2總反應 2GH6+7O+8OH -=4CO3 +10