燃料电池电极反应式的书写22.pdf

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1、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-

2、+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

3、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

4、-+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-=2H2OO2+4e-=2O2-,2O2-+4H+=2H2O 3.电解质是 NaCl 溶液中性电解质 负极的电

5、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

6、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

7、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=4AlOH3 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

8、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 H2 2H2+O2=2H2O O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH-4e-=4H2O CO 2CO+O2+4 OH-=2CO32-+2H2O 2CO+8 OH-4e-=2CO32-+4H2O CH4 C

9、H4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O CH3OH 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O CH3OH+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-=2CO

10、32-+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-+11H2O 2、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-+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+4O2-8e-=CO2+2H2O 4、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+4e2CO23 负极反应式：CH4+4CO23-8e=5CO2+2H2O