2022年高考化学之燃料电池电极反应式的书写.docx
精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 欢迎下载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, 在书写时同学往往易错； 参与北大附中课堂教学 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、第一分清原电池的正、负极均为惰性电极,电极均不参与反应；二、正极发生仍原反应,通入的气体一般是氧气,氧气得到电子第一 变为氧离子, 依据电解质的不同, 其负极电极反应式书写分以下几种 情形：（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 CO3 2-（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- = 2O 2- 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,有以下几种情形：名师归纳总结 1如负极通入的气体是氢气,就第 1 页,共 7 页酸性液中H2 - 2e-= 2H+碱性溶液中H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 欢迎下载熔融氧化物中 H2 - 2e- + O 2- = H2O 2 如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- = CO3 2-+ 7H2O 氢氧燃料电池氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（极通入 H2,正极通入 O2,总反应为： 2H2 + O2 = 2H2O Pt）或石墨做电极材料,负电极反应特殊要留意电解质,有以下三种情形：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：名师归纳总结 负极的电极反应式为： H2 2e- + 2OH- = 2H 2O；第 2 页,共 7 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编欢迎下载2- ,O2- 在碱性条件下正极是 O2得到电子,即： O2 + 4e- = 2O不能单独存在,只能结合 H2O 生成 OH-即： 2O 2- + 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- = 2O 2- ,O 2- 在酸性条件下不能单独存在,只能结合 H +生成 H2O 即：O 2- + 2 H + = H 2O,因此正极的电极反应式为： O2 + 4H2O 2- ,2O 2- + 4H + = 2H 2O + + 4e- = 2H2OO2 + 4e- = 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 +2H 2O + 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.水溶液中不能显现 O 2-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 = 2K 2CO3 + 6H2O 名师归纳总结 正极的电极反应式为： 3O2+12e- + 6H20=12OH- 第 3 页,共 7 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编欢迎下载- = CO32- + 6H2O 负极的电极反应式为： CH4O -6e-+8OH2. 酸性电解质（ H2SO4 溶液为例）总反应 : 2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H 2O 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 仍要与 KOH 反应生成 K 2CO3,所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O 2= K 2CO3 + 3H2O；负极发生的反应： CH4 8e- + 8OH- =CO 2 + 6H 2O CO2 + 2OH-= CO3 2- + H2O,所以：负极的电极反应式为： CH4 + 10 OH- 8e- = CO3 2- + 7H2O 正极发生的反应有： O2 + 4e- = 2O 2- 和 O 2- +2H2O = 4OH- 所以：正极的电极反应式为： O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-说明：把握了甲烷燃料电池的电极反应式,电池的电极反应式 四、铝 空气海水电池就把握了其它气态烃燃料名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 欢迎下载我国首创以铝 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,就会发出刺眼的白光；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+3O 2+6H2O=4AlOH 3 说明:铝板要准时更换 , 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奇妙方法；如：某原电池中盛有 KOH 浓溶液,如分别向负极通入以下可燃性气体,向正极通入 O2,就电路中就有电流通过,试完成以下问题：可燃电池总反应正极负极反应性2H2+O2=2H2O 反应气体2H2+4OH-4e-=4H2O O2 + H22H2O 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - CO 名师精编欢迎下载OH2CO+8 2CO + O2+4 OH-=2CO32-+2H2O + 4e-= -4e-=2CO32-+4H2O CH4CH4+2O2+2OH-=CO3 2-+3H2O 4OH-CH4+10OH-8e-=CO3 2-+7H2O CH3OH 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO3 2-+6H2O CH3OH+8OH-6e-=CO3 2-+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-=2CO3 2-+_（抓住总反应中电子转移数）依据电极反应式左右同电性等电量原就确定 OH-数：将左端 “-12e- ”移到右端看成 “ 2CO 2- + 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“ 2CH 3OH+16OH-12e-=2CO32-+12H2O”“ 3O 2 +6H2O +12e- = 12OH-”,方法二：先依据总反应写出正极反应：然后用总反应式： “ 2CH 3OH+3O2+4OH 即可得负极反应；练习: 1、在乙醇燃料电池（电解质为-=2CO3 2-+6H2O” 减去正极反应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（仍原或氧化）；负极的电极反应式为：；答案: O2 O2 +2H2O +4e= 4OH负极 氧化 C2H6O+16OH12 e=2CO3 2-+11H2O 2、写出乙烷,空气, KOH 组成的燃料电池的电极反应；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编欢迎下载H+ ,CO2答案：燃料电池的电解质是碱性的,因此电极反应中不答应显现 等物质 ,由于这些物质都会与反应正极： O2 +2H2O +4e= 4OH负极: C2H6-14e-+18OH-=2CO3 2-+12H2O总反应 2C2H6+7O2+8OH- -=4CO3 2-+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+4O 2-8e-=CO2+2H2O 4、写甲烷燃料电池在熔融碳酸盐（如：熔融 电极反应式K 2CO3）环境下的名师归纳总结 答案：正极反应式：O2+2CO2+4e 2CO2负极反应式：第 7 页,共 7 页3CH4+4CO3-8e= 5CO2+2H2O - - - - - - -
