廣東省惠州市華羅庚中學(xué)高三第一輪復(fù)習(xí)燃料電池電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)的規(guī)律專題

3/3燃料電池電極反響式書(shū)寫(xiě)的規(guī)律原電池知識(shí)是中學(xué)化學(xué)中的重要根本概念,也是近年來(lái)高考的熱點(diǎn),在學(xué)習(xí)原電池時(shí),學(xué)生最感到困難的是電極反響式的書(shū)寫(xiě),特別燃料電池的電極反響式的書(shū)寫(xiě),為了幫助同學(xué)們準(zhǔn)確把握這類電池的電極反響式的寫(xiě)法,我結(jié)合自己的教學(xué)體會(huì)談?wù)勥@方面的問(wèn)題,供大家參考。燃料電池是一種不經(jīng)燃燒,將燃料的化學(xué)能經(jīng)過(guò)電化學(xué)反響直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,它和其它電池中的氧化復(fù)原反響一樣,都是自發(fā)的化學(xué)反響,不會(huì)發(fā)出火焰,其化學(xué)能可以直接轉(zhuǎn)化為電能的一種電池。燃料即化石燃料以及由此得到的衍生物,如氫、肼、烴、煤氣等液體和氣體燃料；氧化劑僅限于氧和空氣。燃料電池根本結(jié)構(gòu)與一般化學(xué)電源相同,由正極〔氧化劑電極〕、負(fù)極〔燃料電極〕和電解質(zhì)構(gòu)成,但其電極本身僅起催化和集流作用。燃料電池工作時(shí),活性物質(zhì)由外部供給,因此,原那么上說(shuō),只要燃料和氧化劑不斷地輸入,反響產(chǎn)物不斷地排出,燃料電池就可以連續(xù)放電,供給電能。氫氧燃料電池根本結(jié)構(gòu)所有的燃料電池的工作原理都是一樣的,其電極反響的書(shū)寫(xiě)同樣是有規(guī)律可循的。書(shū)寫(xiě)燃料電池電極反響式的步驟類似于普通原電池,在書(shū)寫(xiě)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.電池的負(fù)極一定是可燃性氣體,失電子,元素化合價(jià)升高,發(fā)生氧化復(fù)原反響；電池的正極一定是助燃性氣體,得電子,化合價(jià)降低,發(fā)生復(fù)原反響。2.燃料電池兩電極材料一般都不參加反響,反響的是通到電極上的燃料和氧氣,兩電極只是傳導(dǎo)電子的作用。3.電極反響式作為一種特殊的離子反響方程式,也必需遵循原子守恒,得失電子守恒,電荷守恒。4.寫(xiě)電極反響時(shí),一定要注意電解質(zhì)是什么,其中的離子要和電極反響中出現(xiàn)的離子相對(duì)應(yīng),在堿性電解質(zhì)中,電極反響式不能出現(xiàn)氫離子,在酸性電解質(zhì)溶液中,電極反響式不能出現(xiàn)氫氧根離子。5.正負(fù)兩極的電極反響式在得失電子守恒的條件下,相疊加后的電池反響必須是燃料燃燒反響和燃料產(chǎn)物于電解質(zhì)溶液反響的疊加反響式。例1: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,電解質(zhì)溶液通常選用KOH。在負(fù)極上氫氣失去電子變成H+進(jìn)入溶液,H+又與溶液中的OH-繼續(xù)反響生成H2O,因此在負(fù)極發(fā)生的反響為H2

+2e-=2H+,2H++2OH-=2H2O,所以：負(fù)極的電極反響式為：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,正極反響式為：O2+H2O+4e-=4OH-?？偡错憺椋?H2+O2=2H2O

假設(shè)在酸性條件下,負(fù)極反響式為：H2+2e-=2H+正極反響式為：O2+4H++4e-=2H2O(O2+4e-=2O2-,2O2-+4H+=2H2O)

總反響為：2H2+O2=2H2O。

例2:甲烷燃料電池〔電解質(zhì)溶液為KOH溶液〕,

甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH,生成的CO2還要與KOH反響生成K2CO3,所以總反響為：CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O。

負(fù)極反響有：CH4–8e-+8OH-=CO2+6H2O

CO2+2OH-=CO32-+H2O,

負(fù)極反響式為：CH4+10OH-+8e-=CO+7H2O

正極發(fā)生的反響有：O2+4e-=2O2-和O2-+H2O=2OH-

所以正極反響式為：O2+2H2O+4e-=4OH-

[技巧1]燃料電池的負(fù)極反響,一般較難寫(xiě)出,而正極反響和電池總反響卻較易寫(xiě)出。用電池總反響減去正極反響可得負(fù)極反響,這是寫(xiě)負(fù)極反響式的一種巧妙方法。

甲烷燃料電池總離子反響式為：CH4+2OH-+2O2=CO+3H2O①

正極反響式為：O2+2H2O+4e-=4OH-②

故負(fù)極反響式應(yīng)為：①-②＊2即得CH4+10OH--8e-=CO+7H2O[技巧2]根據(jù)得失電子守恒,原子守恒,電荷守恒直接書(shū)寫(xiě)較復(fù)雜的負(fù)極電極反響式。負(fù)極中,甲烷被氧化為二氧化碳,二氧化碳在堿性條件不能存在,結(jié)合氫氧根生成碳酸根。甲烷中碳元素化合價(jià)由-4價(jià)升高到碳酸根中的+4價(jià),故1mol甲烷失去8mol電子,結(jié)合OH-生成1molCO,再根據(jù)電荷守恒,電極反響式右側(cè)CO帶兩個(gè)單位負(fù)電荷,故左側(cè)應(yīng)該有10molOH-,再根據(jù)原子守恒,電極反響式右側(cè)加上7molH2O。即得CH4+10OH--8e-=CO+7H2O例3:熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率,因而受到重視,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為陽(yáng)極燃?xì)?空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)?制得在650℃下工作的燃料電池,完成有關(guān)的電池反響式：

負(fù)極反響式：2CO＋2CO4CO2＋4e－

正極反響式：

。

總電池反響式：

。

解析：根據(jù)題意可以判斷CO做為反響的復(fù)原劑,即在反響中失去電子,做原電池的負(fù)極；空氣與CO2做正極,所以在正極上是O2得到電子：O2＋2H2O＋4e-＝4OH-,這是在不考慮二氧化碳的情況下寫(xiě)的正極反響,所以當(dāng)我們考慮到正極上的物質(zhì)時(shí),正極反響就變成了O2＋4e-＋2CO2＝2CO,總反響在正負(fù)極的是電子數(shù)目相等情況下把兩個(gè)電極反響相加即可：O2＋2CO＝2CO2。

習(xí)題專練：某原電池中盛有KOH濃溶液,假設(shè)分別向________(填“正〞或“負(fù)〞,下同)極通入可燃性氣體,向________極通入O2,那么電路中就有電流通過(guò),試完成以下問(wèn)題：

可燃性氣體正極反響負(fù)極反響電池總反響(1)H2S

(2)CO

(3)C2H4

(4)C3H8

(5)CH3OH

(6)C2H5OH

答案：負(fù)正正極反響負(fù)極反響電池總反響H2S－6e-＋8OH-====SO＋5H2O2H2S＋3O2＋4OH－====2SO＋4H2OCO－2e－＋4OH－====CO＋2H2O2CO＋O2＋4OH－====2CO＋2H2O2CO＋10H2OC2H4＋3O2＋4OH－=====2CO＋4H2OC3H8e－＋26OH－===3CO+17H2OC3H8＋5O2＋6OH－=====3CO＋7H2OCH3OHe－＋8OH－===CO+6H2O

2CH3OH＋3O2＋4OH－====2CO＋6H2OC2H5OHe－＋16OH－===2CO+11H2O

C2H5OH＋3O2＋4OH－====2CO＋5H2O

總之,對(duì)于原電池的電極反響式的書(shū)寫(xiě)來(lái)說(shuō),最重要的是明白原電池的工作原理,這一點(diǎn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)不難理解,但是對(duì)于有