燃料電池電極反應書寫方法總結

1、燃料電池電極反應式書寫“五步曲”張耀峰 黨茹原電池知識是中學化學中的重要基本概念，也是近年來高考的熱點，更是學生心目中的難點，在學習原電池時，學生尤其感到困惑的是電極反應式的書寫，特別是燃料電池的電極反應式的書寫，學生在學習此塊知識時，往往問題百出，從而對化學學科的學習熱情大大減少，為了幫助同學們準確把握這類電池的電極反應式的寫法，我結合自己的十年教學經驗，對此方面的知識進行一個歸納總結，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，把燃料中的化學能轉換成電能的電池。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產出來，它從外表上看有正負極和電解質等，像一個蓄電

2、池，但實質上它不能“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中，電極反應式書寫不同，這里涉及到O2-的處理方式： 1.酸性介質：O2-+2H+=H2O 2. 堿性介質：O2-+H2O=2OH- 3.熔融碳酸鹽介質：O2-+CO2 = CO32- 4.熔融固態(tài)氧化物介質：O2-不作處理三燃料

3、電池在不同介質中正極電極反應式書寫匯總 在掌握O2-在不同介質中的處理方式以后，書寫燃料電池的正極反應就變得非常容易，需要明白的是所有的燃料電池正極都發(fā)生還原反應，而且在同一介質中，正極反應的書寫完全相同，下面是對正極反應式的書寫匯總，大家可以結合以上O2-的處理方式進行理解 1.酸性（質子交換膜）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-= 2O2-四燃料電池負極電極反應式書寫“五步曲”，以上燃料電池正極電極反應我們根據O2-在不同介質中

4、的處理方式很容易寫出，而負極電極反應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同學能夠掌握的總反應方程式減正極電極反應即為負極電極反應，而對于此方法存在的弊端之一就是有的同學不能夠準確寫出總反應方程式，弊端之二就是有的學生在減法過程中或者移項過程中由于粗心大意出現錯誤，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”的應用主要是在有機燃料電池，對于氫氧燃料電極反應式較簡單，在這里不作說明。 確定負極材料，即為電池中的燃料；（2）確定燃燒后的產物：在酸性介質，熔融固態(tài)氧化物介質以及熔融碳酸鹽介質中中為CO2，堿性介質中為CO32-

5、；（3）確定電子轉移數；由燃料中的C的價態(tài)變?yōu)?產物（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；在酸性介質中，以H+為中間體進行配平，使左右兩邊電荷守恒，堿性介質中，以OH-為中間體進行配平，熔融碳酸鹽介質中以CO32-為中間體進行配平，熔融固態(tài)氧化物介質中以O2-為中間體進行配平（5）氫氧守恒：使左右兩邊H和O個數相等，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 1.酸性（質子交換膜）燃料電池：CH4 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+2.堿性燃料電池：CH4 8e-+ 10OH- = CO32- + 7H2O3.熔融

6、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：確定負極材料，即CH4；確定燃燒后的產物，在，堿性介質中為CO32-，在其他三種介質中為CO2確定電子轉移數；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+；堿性介質中，左邊失去8e-，右邊帶兩個單位負電荷，所以在左邊加10OH-使左右兩邊電荷守恒；在熔融碳酸鹽介質中左邊失去8e

7、-，則在左邊加4CO32-使電荷守恒；在熔融固態(tài)氧化物介質中左邊失去8e-，則在左邊加4O2-使左右兩邊電荷守恒。氫氧守恒：如上酸性介質中右邊8H，20，左邊4H，使氫氧守恒，所以左邊加2H2O；堿性介質中左邊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中的電極反應式及總反應方程式 （答案附下頁）【答案解析】CH3OH燃料電池酸性介質：正極(還原反應)：O2+4e-+4H+=2H20負極（氧化反應）：CH3OH 6e- + H2O = CO2 + 6H+總反應方程式：2CH3OH + 3O2= 2CO2 +4H2O堿性介質：正極(還原反應)：O2+4e-+2H20=4OH-負極（氧化反應）：CH3OH 6e-+ 8OH- = CO32- + 6H2O總反應方程式：2CH3OH+3O2+4OH-= 2CO32- + 6H2O熔融碳酸鹽介質：正極(還原反應) O2+4e-+2CO2 =2 CO32-負極（氧化反應）：CH3OH 6e-+ 3 CO32- =4CO2 + 2H2O總反應方程式：2CH3OH+3O2=2C