高考化學(xué)之燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)

1、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)的常考考點(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：

2、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-=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(yīng)式為：O2 + 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、CH4、CH3OH等,碳

3、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CH3OH燃料電池：酸性溶液中負(fù)極反應(yīng)式為:：CH3OH - 6e- + H2O = CO2 + 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H2，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KOH溶液（堿性電解質(zhì)）負(fù)

4、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O2得到電子，即：O2 + 4e- = 2O2-，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H2SO4溶液（酸性電解質(zhì)）負(fù)極的電極反應(yīng)式為：H22e- = 2H+正極是O2得到電子，即：O2 + 4e- = 2O2-，O2- 在酸性條件下不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合H+生成H2O即：O2-

5、 + 2 H+ = H2O，因此正極的電極反應(yīng)式為：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O(O2 + 4e- = 2O2-，2O2- + 4H+ = 2H2O) 3. 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：H22e- = 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-

6、       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)：1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-  = CO32-+ 6H2O 2. 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

7、 負(fù)極的電極反應(yīng)式為：2CH4O-12e-+2H2O = 12H+ 2CO2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 + 3H2O。     負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)：CH4 8e- + 8OH- =CO2 + 6H2O   CO2 + 2OH- = CO32- + H2O，所以：負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7H2O

8、 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：4Al12e=4Al3+；正極的電極反應(yīng)式為：3O2+6H2O+12e=12OH總反應(yīng)式為：4Al+

9、3O2+6H2O=4Al(OH)3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 + 4e- = 4OH-；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O2，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)H22H2+O2=2H2OO2 + 2H2O + 4e- = 4OH-

10、2H2+4OH-4e-=4H2OCO2CO + O2+4 OH-=2CO32-+2H2O2CO+8 OH-4e-=2CO32-+4H2OCH4CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2OCH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OCH3OH2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2OCH3OH+8OH-6e-=CO32-+6H2O以為例講解此類(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：2 CH3OH+_-12e-=2CO32-+_（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OH-數(shù)：將左端“-12e- ”移到右端看成“2CO32- 

11、 + 12e- ”即共16個(gè)負(fù)電荷，故左端應(yīng)有“16 OH-” 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“2CH3OH+16OH-12e-=2CO32-+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

12、60;  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: O2   O2 +2H2O +4e= 4OH  負(fù)極氧化  C2H6O+16OH12 e=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)與反應(yīng)正極：O2 +2H2O +4e= 4OH負(fù)極: C2H6-14e-+18OH-=2CO32-+12H2O總反