高考化学之燃料电池电极反应式的书写.doc
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燃料电池电极反应式的书写
燃料电池电极反应式的书写是中学化学教学的难点，也是高考化学的常考考点之一，在书写时学生往往易错。
参加北大附中课堂教学培训，感悟最深的是桑老师对燃料电池电极反应式的复习的处理，其复习教学设计如下：
一、首先分清原电池的正、负极均为惰性电极，电极均不参与反应。
二、正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子首先变为氧离子，根据电解质的不同，其负极电极反应式书写分以下几种情况：
（1）在酸性溶液中生成的氧离子与氢离子结合生成水，其电极反应式为：
O2+4e-+H+==4H2O
（2）在碱性溶液中,氧离子与氢氧根离子不能结合,只能与水结合生成氢氧根离子,其电极反应式为：
O2+4e-+2H2O==4OH-
（3）在熔融碳酸盐中,氧离子与碳酸根离子不能结合，只能与二氧化碳结合生成碳酸根离子，其电极反应式为：
O2+2CO2-+4e-==2CO32-（4）在熔融氧化物介质中，氧气得到电子转化为氧离子,其电极反应式为：
O2+4e-==2O2-
三、负极发生氧化反应,负极生成的离子一般与正极产场结合，有以下几种情况：
（1）若负极通入的气体是氢气,则
①酸性液中H2-2e-==2H+
②碱性溶液中H2-2e-+2OH-==2H2O
③熔融氧化物中H2-2e-+O2-==H2O
（2）若负极通入的气体为含碳的化合物CO、CH4、CH3OH等,碳元素均转化为正四价碳的化合物、在酸性溶液中生成二氧化物气体、在碱性溶液中生成碳酸根离子,熔融碳酸盐中生成二氧化碳，熔融氧化物中生成碳酸根离子。
含有氢元素的化合物最终都有水生成。
如CH3OH燃料电池：
酸性溶液中负极反应式为:
：
CH3OH-6e-+H2O==CO2↑+6H+
碱性溶浚中负极反应式为：
CH3OH-8e-+10OH-==CO32-+7H2O
氢氧燃料电池
氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，
总反应为：
2H2+O2===2H2O
电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况：
1．电解质是KOH溶液（碱性电解质）
负极发生的反应为：
H2 –2e-===2H+,2H++2OH-===2H2O,所以：
负极的电极反应式为：
H2–2e-+2OH-===2H2O；
正极是O2得到电子，即：
O2+4e-===2O2-，O2-在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：
2O2-+2H2O===4OH-，因此，正极的电极反应式为：
O2+2H2O+4e-===4OH-。
2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）
负极的电极反应式为：
H2–2e-===2H+
正极是O2得到电子，即：
O2+4e-===2O2-，O2-在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：
O2-+2H+===H2O，因此
正极的电极反应式为：
O2+4H++4e-===2H2O（O2+4e-===2O2-，2O2-+4H+===2H2O）
3.电解质是NaCl溶液（中性电解质）
负极的电极反应式为：
H2–2e-===2H+
正极的电极反应式为：
O2+2H2O+4e-===4OH-
说明：
1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+
2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH-
3.中性溶液反应物中无H+和OH-
4.水溶液中不能出现O2-
甲醇燃料电池
甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质：
1．碱性电解质（KOH溶液为例）
总反应式：
2CH4O+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O
正极的电极反应式为：
3O2+12e-+6H20===12OH-
负极的电极反应式为：
CH4O-6e-+8OH- ===CO32-+6H2O
2.酸性电解质（H2SO4溶液为例）
总反应:
2CH4O+3O2===2CO2+4H2O
正极的电极反应式为：
3O2+12e-+12H+===6H2O
负极的电极反应式为：
2CH4O-12e-+2H2O===12H++2CO2
说明：
乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同
甲烷燃料电池
甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：
CH4+2KOH+2O2===K2CO3+3H2O。
负极发生的反应：
CH4–8e-+8OH-==CO2+6H2O CO2+2OH-==CO32-+H2O，所以：
负极的电极反应式为：
CH4+10OH-–8e-===CO32-+7H2O
正极发生的反应有：
O2+4e-===2O2-和O2-+2H2O===4OH- 所以：
正极的电极反应式为：
O2+2H2O+4e-===4OH-
说明：
掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式
四、铝–空气–海水电池
我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。
只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。
电源负极材料为：
铝；电源正极材料为：
石墨、铂网等能导电的惰性材料。
负极的电极反应式为：
4Al－12e－===4Al3+；
正极的电极反应式为：
3O2+6H2O+12e－===12OH－
总反应式为：
4Al+3O2+6H2O===4Al（OH）3
说明:
铝板要及时更换,铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积.
燃料电池的负极反应，一般较难写出，而正极反应和电池总反应却较易写出。
在碱性条件正极反应为：
O2+2H2O+4e-=4OH-；因此这类燃料电池的电极反应书写方法为：
用电池总反应减去正极反应可得负极反应，这是写负极反应式的一种巧妙方法。
如：
某原电池中盛有KOH浓溶液，若分别向负极通入以下可燃性气体，向正极通入O2，则电路中就有电流通过，试完成下列问题：
可燃性
气体
电池总反应
正极反应
负极反应
H2
2H2+O2=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
2H2+4OH--4e-=4H2O
②
CO
2CO+O2+4OH-==2CO32-+2H2O
2CO+8OH--4e--==2CO32-+4H2O
③
CH4
CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O
CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
④
CH3OH
2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O
以④为例讲解此类电极反应的书写：
方法一：
直接书写负极反应步骤：
①2CH3OH+_____-12e-=2CO32-+______（抓住总反应中电子转移数）②根据电极反应式左右同电性等电量原则确定OH-数：
将左端“-12e-”移到右端看成“2CO32- +12e-”即共16个负电荷，故左端应有“16OH-”③由“H”确定“H2O”的系数应为12。
因此负极的电极反应为“2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O”
方法二：
先根据总反应写出正极反应：
“3O2+6H2O+12e-=12OH-”，然后用总反应式：
“2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O”减去正极反应即可得负极反应。
练习:
1、在乙醇燃料电池（电解质为KOH）中，通入正极的物质的化学式为 ；正极的电极反应式为 ；乙醇在 极发生了 反应（还原或氧化）；负极的电极反应式为：
。
·答案:
O2 O2+2H2O+4e—=4OH— 负极氧化 C2H6O+16OH——12e—=2CO32-+11H2O
2、写出乙烷，空气，KOH组成的燃料电池的电极反应。
·答案：
燃料电池的电解质是碱性的，因此电极反应中不允许出现H+，CO2等物质，因为这些物质都会与ＯＨ－反应
正极：
O2+2H2O+4e—=4OH—
负极:
⑵C2H6-14e-+18OH-=2CO32-+12H2O
总反应 2C2H6+7O2+8OH--=4CO32-+10H2O
3、
写甲烷燃料电池在固体电解质（高温下能传导O2-）下的电极反应式
答案：
正极反应：
O2+4e-=202-负极反应：
CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O
4、写甲烷燃料电池在熔融碳酸盐（如：
熔融K2CO3）环境下的电极反应式
答案：
正极反应式：
O2+2CO2+4e－＝2CO负极反应式：
CH4+4CO-8e－=5CO2+2H2O
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