燃料電池電極反應(yīng)書寫方法總結(jié).doc

_燃料電池電極反應(yīng)式書寫“五步曲”張耀峰 黨茹原電池知識是中學(xué)化學(xué)中的重要基本概念，也是近年來高考的熱點，更是學(xué)生心目中的難點，在學(xué)習(xí)原電池時，學(xué)生尤其感到困惑的是電極反應(yīng)式的書寫，特別是燃料電池的電極反應(yīng)式的書寫，學(xué)生在學(xué)習(xí)此塊知識時，往往問題百出，從而對化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)熱情大大減少，為了幫助同學(xué)們準(zhǔn)確把握這類電池的電極反應(yīng)式的寫法，我結(jié)合自己的十年教學(xué)經(jīng)驗，對此方面的知識進行一個歸納總結(jié)，僅供大家參考。一燃料電池介紹燃料電池是一種主要透過氧或其他氧化劑進行氧化還原反應(yīng)，把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的電池。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來，它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”，而是一個“發(fā)電廠”。燃料電池有別于原電池，因為需要穏定的氧和燃料來源，以確保其運作供電。此電池的優(yōu)點是可以提供不間斷的穩(wěn)定電力，直至燃料耗盡。最常見的燃料電池就是氫氧燃料電池及一些有機物燃料電池。二燃料電池中O2-的處理方法總結(jié)首先要明白的是燃料電池在書寫的過程中要區(qū)分電解質(zhì)溶液的區(qū)別，在酸性，堿性，熔融固態(tài)氧化物及熔融碳酸鹽四種不同的介質(zhì)中，電極反應(yīng)式書寫不同，這里涉及到O2-的處理方式： 1.酸性介質(zhì)：O2-+2H+=H2O 2. 堿性介質(zhì)：O2-+H2O=2OH- 3.熔融碳酸鹽介質(zhì)：O2-+CO2 = CO32- 4.熔融固態(tài)氧化物介質(zhì)：O2-不作處理三燃料電池在不同介質(zhì)中正極電極反應(yīng)式書寫匯總 在掌握O2-在不同介質(zhì)中的處理方式以后，書寫燃料電池的正極反應(yīng)就變得非常容易，需要明白的是所有的燃料電池正極都發(fā)生還原反應(yīng)，而且在同一介質(zhì)中，正極反應(yīng)的書寫完全相同，下面是對正極反應(yīng)式的書寫匯總，大家可以結(jié)合以上O2-的處理方式進行理解 1.酸性（質(zhì)子交換膜）燃料電池： O2+4e-+4H+=2H202.堿性燃料電池： O2+4e-+2H20=4OH- 3.熔融碳酸鹽燃料電池：O2+4e-+2CO2 =2CO32-4.熔融固態(tài)氧化物燃料電池：O2+4e-= 2O2-四燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)式書寫“五步曲”，以上燃料電池正極電極反應(yīng)我們根據(jù)O2-在不同介質(zhì)中的處理方式很容易寫出，而負(fù)極電極反應(yīng)式的書寫可能會有難度，我今天要講兩種方法書寫，第一種方法就是大多數(shù)同學(xué)能夠掌握的總反應(yīng)方程式減正極電極反應(yīng)即為負(fù)極電極反應(yīng)，而對于此方法存在的弊端之一就是有的同學(xué)不能夠準(zhǔn)確寫出總反應(yīng)方程式，弊端之二就是有的學(xué)生在減法過程中或者移項過程中由于粗心大意出現(xiàn)錯誤，我今天介紹的第二種方法很好的避免了這些問題，這就是我接下來所要講的“五步曲”， “五步曲”的應(yīng)用主要是在有機燃料電池，對于氫氧燃料電極反應(yīng)式較簡單，在這里不作說明。 確定負(fù)極材料，即為電池中的燃料；（2）確定燃燒后的產(chǎn)物：在酸性介質(zhì)，熔融固態(tài)氧化物介質(zhì)以及熔融碳酸鹽介質(zhì)中中為CO2，堿性介質(zhì)中為CO32-；（3）確定電子轉(zhuǎn)移數(shù)；由燃料中的C的價態(tài)變?yōu)?產(chǎn)物（CO2 或CO32- ）中C的價態(tài)，化合價升高多少，則失去多少個e-（4）電荷守恒；在酸性介質(zhì)中，以H+為中間體進行配平，使左右兩邊電荷守恒，堿性介質(zhì)中，以O(shè)H-為中間體進行配平，熔融碳酸鹽介質(zhì)中以CO32-為中間體進行配平，熔融固態(tài)氧化物介質(zhì)中以O(shè)2-為中間體進行配平（5）氫氧守恒：使左右兩邊H和O個數(shù)相等，以H2O為載體進行配平。下面就以甲烷燃料為例進行“五步曲”的練習(xí) 1.酸性（質(zhì)子交換膜）燃料電池：CH4 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+2.堿性燃料電池：CH4 8e-+ 10OH- = CO32- + 7H2O3.熔融碳酸鹽燃料電池：CH4 8e- + 4CO32- =5CO2+ 2H2O4.熔融固態(tài)氧化物燃料電池：CH4 8e-+4O2-=CO2+ 2H2O以上符號分別代表“五步曲”中的每一步，具體解析如下：確定負(fù)極材料，即CH4；確定燃燒后的產(chǎn)物，在，堿性介質(zhì)中為CO32-，在其他三種介質(zhì)中為CO2確定電子轉(zhuǎn)移數(shù)；如上CH4的C由-4價變?yōu)?CO2 或CO32- 中C的+4價，化合價升高8，則失去8e-電荷守恒；如上酸性介質(zhì)中左邊失去8e-，右邊必然要帶8個單位正電荷，所以加8H+；堿性介質(zhì)中，左邊失去8e-，右邊帶兩個單位負(fù)電荷，所以在左邊加10OH-使左右兩邊電荷守恒；在熔融碳酸鹽介質(zhì)中左邊失去8e-，則在左邊加4CO32-使電荷守恒；在熔融固態(tài)氧化物介質(zhì)中左邊失去8e-，則在左邊加4O2-使左右兩邊電荷守恒。氫氧守恒：如上酸性介質(zhì)中右邊8H，20，左邊4H，使氫氧守恒，所以左邊加2H2O；堿性介質(zhì)中左邊10 O，14H,右邊3 O，使氫氧守恒，所以右邊加7H2O；同理，另外兩種介質(zhì)中分別加2H2O使氫氧守恒。 【小試牛刀】 請寫出甲醇燃料電池在不同介質(zhì)中的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)方程式 （答案附下頁）【答案解析】CH3OH燃料電池酸性介質(zhì)：正極(還原反應(yīng))：O2+4e-+4H+=2H20負(fù)極（氧化反應(yīng)）：CH3OH 6e- + H2O = CO2 + 6H+總反應(yīng)方程式：2CH3OH + 3O2= 2CO2 +4H2O堿性介質(zhì)：正極(還原反應(yīng))：O2+4e-+2H20=4OH-負(fù)極（氧化反應(yīng)）：CH3OH 6e-+ 8OH- = CO32- + 6H2O總反應(yīng)方程式：2CH3OH+3O2+4OH-= 2CO32- + 6H2O熔融碳酸鹽介質(zhì)：正極(還原反應(yīng)) O2+4e-+2CO2 =2 CO32-負(fù)極（氧化反應(yīng)）：CH3OH 6e-+ 3 CO32- =4CO2 + 2H2O總反應(yīng)方程式：2CH3OH+3O2=2CO2 +4H2O熔融固態(tài)氧化物介質(zhì)：正極(還原反應(yīng)) O2+4e-= 2O