燃料电池电极反应式的书写.doc

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-=2 CO32-（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,则酸性液中 H2 - 2e- = 2H+碱性溶液中 H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O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：H22e- = 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：H22e- = 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 + 10 OH- 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：4Al12e=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H22H2+O2=2H2OO2 + 2H2O + 4e- = 4OH-2H2+4OH-4e-=4H2OCO2CO + O2+4 OH-=2CO32-+2H2O2CO+8 OH-4e-=2CO32-+4H2OCH4CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2OCH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OCH3OH2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2OCH3OH+8OH-6e-=CO32-+6H2O以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：2 CH3OH+_-12e-=2CO32-+_（抓住总反应中电子转移数） 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“16 OH-” 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+16OH12 e =2CO32-+11H2O2、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反应正极：O2 +2H2O +4e = 4OH负极: C2H6-14e-+18OH-=2CO32-+12H2O总反应2C2H6+7O2+8OH- -=4CO32-+10H2O3、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+2H2O4、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+4e2CO 负极反应式：CH4+4CO-8e= 5CO2+2H2O