几种常见的燃料电池电极反应式的书写

几种常见的燃料电池电极反应式的书写

原电池电极反应式的书写是高考中的重要考点，原电池的种类很多，燃料电池是原电池中一种比较特殊的电池，它与原电池形成条件有一点相悖，就是两极不一定是两根活动性不同的电极，也可以用相同的两根电极。燃料电池有很多，下面主要介绍几种常见的燃料电池的工作原理及电极反应式的书写，希望从中发现规律，举一反三。

一、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 + H2O + 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- + 2 H+ === 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 + H2O + 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-

二、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。

三、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 + 10 OH- + 8e- === CO32- + 7H2O

正极发生的反应有：O2 + 4e- === 2O2-和O2- + H2O === 2OH- 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（如丁烷）燃料电池的电极反应式。

练习：设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一，最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的 ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-，回答如下问题：

(1)以丁烷代表汽油，这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式

是：＿＿＿＿＿＿

(2)这个电池的正极发生的反应是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿，负极发

生的反应是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿，固体电解质里的O2-的移动方向是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿，向外电路释放电子的电极是：＿＿＿＿＿。

(3)人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力

的主要原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（4）汽油燃料电池最大的障碍是氧化不完全产生＿＿＿＿＿堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间，这正是新一代化学家的历史使命。

练习答案：（1）2C4H10+13O2=8CO2+10H2O

（2）13O2+52e=26O2- 2C4H10+26O2--52e-=8CO2+10H2O 由通入空气的电极移向通入汽油蒸汽的电极负极

（3）燃料电池具有较高的能量利用率。