燃料電池電極反應(yīng)式的書寫

1、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫作者:日期:燃料電池電極反應(yīng)式的書寫燃料電池電極反應(yīng)式的書寫是中學(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，在書寫時學(xué)生往往易錯。參加北大附中課堂教學(xué) 培訓(xùn)，感悟最深的是桑老師對燃料電池電極反應(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(yīng)式為：。2 + 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

2、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：Q+2CQ+4e =2 CC32（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：Q2 + 4e- = 2Q2-三、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 H 2 - 2e + 20H = 20 熔融氧化物中 H 2 - 2e - + 02- = H2O 若負(fù)極通入的氣體為含碳的化合

3、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。女口 CHOH燃料電池：酸性溶液中負(fù)極反應(yīng)式為CHOH - 6e + H2O = CQf+ 6H-7 -堿性溶浚中負(fù)極反應(yīng)式為：CHOH - 8e- + 1OOH = CO32+ 7WO氫氧燃料電池Pt）或石墨做電極材料，負(fù)氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑（極通入"，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：1. 電解質(zhì)是K

4、OH溶液（堿性電解質(zhì)）負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為： H - 2e- = 2H+ ,2H + + 2OH- = 2H 2O,所以：負(fù)極的電極反應(yīng)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(dú)存在，只能結(jié)合 H2Q生成QH即：2（0 + 2H2Q = 4QH ,因此，正極的電極反應(yīng)式為： Q +2H2Q + 4e- = 4QH -。2 .電解質(zhì)是H2SQ溶液（酸性電解質(zhì)）負(fù)極的電極反應(yīng)式為：Hb- 2e = 2H +正極是Q得到電子，即：Q + 4e- = 2Q2- , Q在酸性條件下不 能單獨(dú)存在，只能結(jié)合H+生成H2Q即：

5、Q- + 2 H + = H2Q因此 正極的電極反應(yīng)式為： Q + 4hf + 4e- = 2HQ（Q + 4e- = 2Q-, 2Q- + 4H + = 2H2Q）3. 電解質(zhì)是NaCI溶液（中性電解質(zhì)）負(fù)極的電極反應(yīng)式為：f - 2e- = 2H+正極的電極反應(yīng)式為：Q +2H2Q + 4e- = 4QH -說明：1.堿性溶液反應(yīng)物、生成物中均無 H+2. 酸性溶液反應(yīng)物、生成物中均無 QH3中性溶液反應(yīng)物中無 H和QH4.水溶液中不能出現(xiàn)Q-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)：1.堿性電解質(zhì)（KQH溶液為例）總反應(yīng)式：2CHQ + 3Q2 +4KQH= 2K2CQ+

6、6H2Q正極的電極反應(yīng)式為：3Q+12e + 6H 20=12QH負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CHQ -6e -+8QH = CQ2- + 6H2Q2.酸性電解質(zhì)（H2SO溶液為例）總反應(yīng)：2CH 40 + 302 = 2CO + 4H2O正極的電極反應(yīng)式為：3Q+12e-+12Hf = 6H2O負(fù)極的電極反應(yīng)式為：2CHQ-12e+2HQ = 12H+ 2CQ2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板為兩極，電解質(zhì)溶液為KQH生成的C0還要與KQH反應(yīng)生成&CQ,所以總反應(yīng)為：CH + 2KOH-2O = K2CQ + 3H2Q負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)：CH -

7、8e- + 8QH- =CQ + 6H2QCQ +2QH= CQ32- + H2Q,所以：負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH + 10 QH- - 8e- = CQ 32- + 7H 2。正極發(fā)生的反應(yīng)有：Q + 4e- = 2Q 2-和CT +2H2Q = 4QH所以：正極的電極反應(yīng)式為：Q + 2H 2。+ 4e- = 4QH -說明：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，就會發(fā)出耀眼的白光。電源負(fù)極材料為：

8、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：4AI 12e_ =4AI3+;正極的電極反應(yīng)式為：3O+6HO+12e =12OH總反應(yīng)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(fù)極反應(yīng)，一般較難寫出，而正極反應(yīng)和電池總反應(yīng)卻較 易寫出。在堿性條件正極反應(yīng)為： O + 2H2O + 4e- = 4OH-;因此這類 燃料電池的電極反應(yīng)書寫方法為：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Q,則電路中就有

9、電流通過，試完成下列問題:可燃性氣體電池總反應(yīng)正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)H22Fb+=2H.OO +2H2O2H+4OH4e-=4hOCO2CO + Q+4 OH=2CO-+2HO+ 4e-2CO+8 OH4e- =2CO-+4HOCHChl+2+2OI=C(32-+3H.O=CH+1OOH8e-二C&-+7HOCHOH2Ch3OH+3(+4OI2C(32-+6H.O4OHCHOH+8Ok6e-二C&- +6HO以為例講解此類電極反應(yīng)的書寫:方法一：直接書寫負(fù)極反應(yīng)步驟：2CHOH+-12e=2C&+（抓住總反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)）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

10、“ -12e- ” 移到右端看成“ 2C&- + 12e- ”即共16個負(fù)電荷，故左端應(yīng)有“ 16 OH 由“ H'確定“H 2C”的系數(shù)應(yīng)為12。因此負(fù)極的電極反應(yīng)為“ 2CHOH+16OH2e-=2C（3f + 12HC”方法二：先根據(jù)總反應(yīng)寫出正極反應(yīng)：“ 3Q +6H2O +12e = 120H ”， 然后用總反應(yīng)式：“ 2CHQH+32+4QH=2CQf+6HQ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 KQH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 ；乙醇在極發(fā)生了反應(yīng)（還原或氧化）；負(fù)極的電極反應(yīng)式為：。答案： Q 2 Q+2HQ +4e = 4QH負(fù)極 氧化 C2H3Q+16QH-12 e =2C(3f+11HQ2、寫出乙烷，空氣，KQH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+ , C02等物質(zhì)，因?yàn)檫@些物質(zhì)都會與OH-反應(yīng)正極：Q +2HQ +4e = 4QH負(fù)極：C2F6-14e"+18OI-=2C(32"+12hlO總反應(yīng) 2GH+7O+8OH -=4CO32-+10HO3、寫甲烷