高中化学燃料电池的书写方法

高中化学燃料电池的书写方法

几种常见的“燃料电池”的电极反应式的书写

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，就是不一定两极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，希望达到举一反三的目的。

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－＋6H2O＝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 －＝4Al 3＋；正极的电极反应式为：3O 2＋6H 2O ＋12e －

＝12OH －

总反应式为：4Al ＋3O 2＋6H 2O ＝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.

●牛刀小试：

熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li 2CO 3和Na 2CO 3的熔融盐混合物作电解质，CO 为阳极燃气，空气与CO 2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

负极反应式：2CO ＋2CO -

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−→−4CO 2＋4e －

正极反应式： 。

总电池反应式： 。 ●案例探究

[例题]某原电池中盛有KOH 浓溶液，若分别向________(填“正”或“负”，下同)极通入可燃性气体，向________极通入O 2，则电路中就有电流通过，试完成下列问题：

命题意图：考查学生书写燃料电池电极反应的能力。 知识依托：原电池原理和氧化还原反应原理。

错解分析：忽视电解质溶液是KOH 溶液，误以为负极能放出酸性气体。

●锦囊妙计

1、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。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。

2、O2－在酸性（H+）条件下不能单独存在，只能结合H＋生成H2O;

O2－在碱性(OH－)条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH－

●突击训练

1.将例题中的惰性电极改为Al电极和Mg电极，并停止通气体，则：

(1)正极反应为：；

(2)负极反应为：；

(3)电极总反应式为：________；电解质溶液的pH变化为：________(填“增大”“不变”或“变小”)。

3.将Al、Fe两电极分别插入盛有稀HNO3的电解质溶液中组成原电池，试回答1题中三个问题。

4.将Al、Cu两电极分别插入盛有18.4 mol·L－1的H2SO4(aq)中组成原电池，试回答1中三问。

附：参考答案