燃料电池电极反应式的书写(共26页)

效率
固fue体l 氧60c% 0e化%ll)~物9燃32料7%% 电~池4(S48% 3O%F~C5)
(5s0o%lid~
ox5i0d%e ~6
5%
使用温度 60~120 160~2 60~120 600~10 600~10
燃料电池电极反应式的书写方法二
第一步，先写出燃料电池的总反应方程式 第二步，写出燃料电池的正极反应式； 第三步，在电子守恒的基础上用燃料电池的 总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。
燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与
氧气或空气进行反应，将化学能直接转化成电 能的一类原电池。
氢氧燃料电池
1967年氢氧燃料电池首次被用作阿波罗宇宙飞船的 电源。用两个多孔石墨电极（分别含有不同的催化 剂）插入作为电解质的30%的KOH水溶液中，氧气 和氢气分别不断通入正极和负极并不断被消耗。
燃料电池的分类
一、燃料电池的分类
1、按燃料电池的运行机理分。 分为酸性燃料电池和碱性燃料电池
2. 按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质
2.1碱性燃料电池（AFC） 2.3磷酸燃料电池（PAFC） 2.4熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 2.2质子交换膜燃料电池（PEMFC） 2.5固体氧化物燃料电池（SOFC）
⑴这种电池放电时发生的化学反应方程式 是 2CH3OH+3O2=2CO。2+4H2O ⑵此电池的正极发生的电极反应是 3O2＋12H++12e-=6H；2O 负极发生的电极反应是 2CH3OH+2H2O－12e。-=2CO2↑+12H+
⑶电解液中的H+离子向 正 极移动；向外电路释放电子的
电解质acid氢fu氧e化l钾cel磷l)酸
质子渗透 碳酸钾 固体氧化
熔融碳溶液酸盐燃料电池(M膜CFC) (molten物
燃料 carb纯o氢nate fu天e然l气c，ell)氢、甲醇 天然气、 天然气、 质子交换膜燃氢料电池(P、E天M然F气C)煤气(气p、ro沼ton煤 气气、沼
氧化剂exch纯a氧nge m空e气mbran空e气fuel c空e气ll) 空气
传递到b极
氢氧燃料电池固体电解质下的电极反应
③CsHSO4晶体（传导H+）
负极：2H2-4e- =4H+
正极：O2+4H++4e-=2H2O
④掺杂（Y2O3的氧化锆ZrO2晶体（传导O2-）
负极：2H2-4e-+2O2－=2H2O
正极：O2+4e-=2O2－
燃料电池的电极规定
燃料电池的电极是由通入气体的成分来决定。通入可燃物的 一极为负极，可燃物在该电极上发生氧化反应；通入空气或 氧气的一极为正极，氧气在该电极上发生还原反应
1、燃料电池总反应方程式的书写
因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相 同，可根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应方程式，但要 注意燃料的种类。 氢氧燃料电池，其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解 质溶液的酸碱性变化而变化，即2H2+O2=2H2O
含碳元素的可燃物，其电池总反应方程式就与电解质的状态和 电解质溶液的酸碱性有关
3. Hale Waihona Puke Baidu燃料类型分。
3.1氢燃料电池 3.2甲烷燃料电池 3.3甲醇燃料电池 3.4乙醇燃料电池
燃料电池的种类
燃 类料 型电碱池性燃碱 电性 池料燃电料池磷料（酸电A型池F燃C）质膜（子燃交料al换电kal熔盐in融燃e碳 料f酸 电uel固 物体 燃氧 料化 电
cell)
池
池
池
英文简磷称酸型AF燃C 料电P池AF(CPAFCPE)M(FpChosMpChFCorouSsOFC
注意：适时运用”减法“
当电解质溶液呈酸性时；
负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+4e-+4H+=2H2O
氢氧燃料电池电极反应式的书写
A
电池总反应：2H2 +O2= 2H2O
多
孔
氢气
电
极
多
孔 电
氧气
极
电解质
负极
正极
液体电解质 ①KOH溶液 ②H2SO4溶液
例1
解析：首先明确a为负极，这样电子应该是通过外 电路由a极流向b，A错；B选项反应应为 O2+4e-+4H+=2H2O ; C没有告知标准状况。
如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO2和H2O，即 CH4+2O2=CO2+2H2O；在碱性电解质中生成CO32-离子和H2O，即 CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。
2、燃料电池正极反应式的书写
因为燃料电池正极反应物一般是氧气，正极都是氧化剂氧气 得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式，正极反应 的本质都是O2得电子生成O2-离子，故正极反应式的基础都 是O2＋4e-=2O2-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的 电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是 非常重要的一步。现将与电解质有关的几种情况归纳如下。
氢氧燃料电池电极反应式的书写
A
电池总反应：2H2 +O2= 2H2O
多
孔
氢气
电
极
多
孔 电
氧气
极
电解质
液体电解质 ①KOH溶液
负极：2H2-4e+4OH-=4H2O 正极：O2+4e+2H2O=4OH-
总反应：
O2+2H2=2H2O
氢氧燃料电池电极反应式的书写方法一：
第一步 判断原电池的正负极反应物； 第二步 根据电解质环境书写产物； 第三步 根据电子得失情况和电荷守恒配平 反应式； 第四步 检查。
⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫 酸）
在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2离子结合的微粒有H+离子和H2O，O2-离子优先结 合H+离子生成H2O。这样，在酸性电解质溶液中， 正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O。
例2、科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要 途径，美国已计划将甲醇燃料用于军事目的。一种甲醇 燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在稀硫酸电 解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空 气。试回答下列问题：
某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基
本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2+O2=2H2O，
下列有关说法正确的是( ) A．电子通过外电路从b极流向a极
D
B．b极上的电极反应式为：
O2＋2H2O＋4e－=4OH－ C．每转移0.1 mol电子，
消耗1.12 L的H2 D．H＋由a极通过固体酸电解质