燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)

燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)，也是高考化學(xué)的?？伎键c(diǎn)之一，在書(shū)寫(xiě)時(shí)學(xué)生往往易錯(cuò)。參加北大附中課堂教學(xué)培訓(xùn)，感悟最深的是桑老師對(duì)燃料電池電極反應(yīng)式的復(fù)習(xí)的處理，其復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)如下：一、 首先分清原電池的正、負(fù)極均為惰性電極，電極均不參與反應(yīng)。二、 正極發(fā)生還原反應(yīng)，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(fù)極電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)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(yīng)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,只能與水結(jié)合生成氫氧根離子，其電極反應(yīng)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(yīng)式為：O2+2CO2-+4e-==2CO32-（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(yīng)式為：O「4e-==2O2-三、 負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極生成的離子一般與正極產(chǎn)場(chǎng)結(jié)合，有以下幾種情況：（1）若負(fù)極通入的氣體是氫氣，則酸性液中H2-2e-==2H+堿性溶液中H2-2e-+2OH-==2H2O熔融氧化物中H2-2e-+O2-==H2O（2）若負(fù)極通入的氣體為含碳的化合物CO、CH「CH3OH等，碳元素均轉(zhuǎn)化為正四價(jià)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：3酸性溶液中負(fù)極反應(yīng)式為:：CH3OH-6e-+H2O==CO」+6H+堿性溶浚中負(fù)極反應(yīng)式為：CH3OH-8e-+10OH-==CO32-+7H2O氫氧燃料電池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(fù)極通入叱，正極通入O2總反應(yīng)為：2H2+O2===2H2O電極反應(yīng)特別要注意電解質(zhì)，有下列三種情況：電解質(zhì)是KOH溶液（堿性電解質(zhì)）負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為：H2?-2e-===2H+,2H++2OH-===2H2O,所以：負(fù)極的電極反應(yīng)式為：H2-2e-+2OH-===2H2O；正極是。2得到電子，即：O2+4e-===2O-，O2-在堿性條件下不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合H2O生成OH-即：2O2-+2H2O===4OH-，因此，正極的電極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-===4OH-。?2.電解質(zhì)是HSO溶液（酸性電解質(zhì)）24負(fù)極的電極反應(yīng)式為：H2-2e-===2H+正極是O2得到電子，即：O2+4e-===2O,O2-在酸性條件下不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合H+生成HO即：02-+2H+===HO，因此22正極的電極反應(yīng)式為：O2+4H++4e-===2H2O（O2+4e-===2O2-，2O2-+4H+===2HO）2電解質(zhì)是NaCl溶液（中性電解質(zhì)）???負(fù)極的電極反應(yīng)式為：H2-2e-===2H+正極的電極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-===4OH-說(shuō)明：1.堿性溶液反應(yīng)物、生成物中均無(wú)H+?????2.酸性溶液反應(yīng)物、生成物中均無(wú)OH-??????3.中性溶液反應(yīng)物中無(wú)H+和OH-??????4.水溶液中不能出現(xiàn)O2-甲醇燃料電池甲醇燃料電池以鉑為兩極，用堿或酸作為電解質(zhì)：堿性電解質(zhì)（KOH溶液為例）總反應(yīng)式：2CH4O+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O?正極的電極反應(yīng)式為：3O2+12e-+6H20===12OH-?負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH4O-6e-+8OH-?===CO：-+6H2O酸性電解質(zhì)（H2SO4溶液為例）總反應(yīng)：2CH4O+3O2===2CO2+4H2O正極的電極反應(yīng)式為：3O2+12e-+12H+===6H2O說(shuō)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板為兩極,電解質(zhì)溶液為KOH，生成的CO2還要與KOH反應(yīng)生成K2CO3，所以總反應(yīng)為：CH4+2KOH+2O2===K2CO3+3HO。2???負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)：CH4-8e-+8OH-==CO2+6H2O??CO2+2OH-==CO32-+H0所以：負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH4+10OH--8e-===CO；-+7H2O正極發(fā)生的反應(yīng)有：O2+4e-===2O2-和O2-+2H2O===4OH-?所以：正極的電極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-===4OH-說(shuō)明：掌握了甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式，就掌握了其它氣態(tài)烴燃料電池的電極反應(yīng)式四、鋁-空氣-海水電池我國(guó)首創(chuàng)以鋁-空氣-海水電池作為能源的新型海水標(biāo)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(huì)發(fā)出耀眼的白光。電源負(fù)極材料為：鋁；電源正極材料為：石墨、鉑網(wǎng)等能導(dǎo)電的惰性材料。負(fù)極的電極反應(yīng)式為：4A1—12e-===4Al3+；正極的電極反應(yīng)式為：3O2+6H2O+12e-===12OH-說(shuō)明:鋁板要及時(shí)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(fù)極反應(yīng)，一般較難寫(xiě)出，而正極反應(yīng)和電池總反應(yīng)卻較易寫(xiě)出。在堿性條件正極反應(yīng)為：O2+2H2O+4。=40卜因此這類(lèi)燃料電池的電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)方法為：用電池總反應(yīng)減去正極反應(yīng)可得負(fù)極反應(yīng)，這是寫(xiě)負(fù)極反應(yīng)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(fù)極通入以下可燃性氣體，向正極通入02,則電路中就有電流通過(guò)，試完成下列問(wèn)題：？可燃性氣體電池總反應(yīng)正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)H22H+0=2H02 2 202+2H02+4e-40H-2H2+40H--4e-=4H20②C02C0+02+40H-==2C032-+2H202C0+80H--4e--==2C032-+4H20③CH4CH4+202+20H-==C032-+3H20CH4+100H--8e-=C032-+7H20④CH0H32CH30H+302+40H-=2C032-+6H20CH30H+80H--6e-=C032-+6H20以④為例講解此類(lèi)電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě):?方法一：直接書(shū)寫(xiě)負(fù)極反應(yīng)步驟：①2CH30H+-12e-=2C032-+（抓住總反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)）②根據(jù)電極反應(yīng)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“2CO32-?+12e-”即共16個(gè)負(fù)電荷，故左端應(yīng)有“160H-”③由“H”確定“H2O”的系數(shù)應(yīng)為12。因此負(fù)極的電極反應(yīng)為“2CH30H+160H--12e-=2C032-+12H2O”方法二：先根據(jù)總反應(yīng)寫(xiě)出正極反應(yīng)：“3O2+6H2O+12e=12OH”，然后用總反應(yīng)式：“2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O”減去正極反應(yīng)即可得負(fù)極反應(yīng)。練習(xí)：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(xué)式為????？；正極的電極反應(yīng)式為????？；乙醇在攵極發(fā)生了竺反應(yīng)（還原或氧化）；負(fù)極的電極反應(yīng)式為：????????。.答案： O2??O2+2H2O+4e—=4OH-?負(fù)極氧化？C2H6O+16OH——12e—=2CO32-+11H2O2、寫(xiě)出乙烷，空氣，KOH組成的燃料電池的電極反應(yīng)。.答案：燃料電池的電解質(zhì)是堿性的，因此電極反應(yīng)中不允許出現(xiàn)H+，CO2等物質(zhì)，因?yàn)檫@些物質(zhì)都會(huì)與0H一反應(yīng). 正極：O2+2H2O+4e—=4OH—. 負(fù)極:（2）C2H6-14e-+18OH-=2CO32-+12H2O.總反應(yīng)2C2H6+7O2+8OH--=4CO32-+10H2O3、寫(xiě)甲烷燃料電池