1、燃料電池化學方程式的書寫在中學階段，掌握燃料電池的工作原理和電極反響式的書寫是十分重要的。 所有的燃料電池的工作原理都是一樣的， 其電極反響式的書寫也同樣是有規律可 循的。書寫燃料電池電極反響式一般分為三步： 第一步， 先寫出燃料電池的總反 應方程式；第二步，再寫出燃料電池的正極反響式；第三步，在電子守恒的根底 上用燃料電池的總反響式減去正極反響式即得到負極反響式。 下面對書寫燃料電 池電極反響式 “三步法 具體作一下解釋。1、燃料電池總反響方程式的書寫因為燃料電池發生電化學反響的最終產物與燃料燃燒的產物相同， 可根據燃 料燃燒反響寫出燃料電池的總反響方程式，但要注意燃料的種類。假設是氫氧燃料

2、電池， 其電池總反響方程式不隨電解質的狀態和電解質溶液 的酸堿性變化而變化，即 2H2+O2=2H 2O。假設燃料是含碳元素的可燃物， 其電池總反響方程式就與電解質的狀態和電 解質溶液的酸堿性有關，如甲烷燃料電池在酸性電解質中生成 C02和H20,即CH4+2O2=CO2+2H2O ;在堿性電解質中生成 CO32-離子和H20,即卩CH4+20H-+202=C032-+3H20。2、燃料電池正極反響式的書寫因為燃料電池正極反響物一律是氧氣, 正極都是氧化劑氧氣得到電子的復原 反響，所以可先寫出正極反響式，正極反響的本質都是O2得電子生成O2-離子,故正極反響式的根底都是 O2 + 4e-=2O

3、2-。正極產生O2-離子的存在形式與燃料電 池的電解質的狀態和電解質溶液的酸堿性有著密切的關系。這是非常重要的一 步?，F將與電解質有關的五種情況歸納如下。1電解質為酸性電解質溶液如稀硫酸在酸性環境中，O2-離子不能單獨存在，可供 O2-離子結合的微粒有H+離子和 H2O , O2-離子優先結合H+離子生成H2O。這樣，在酸性電解質溶液中，正極反 應式為 O24H+4e-=2H2O。2電解質為中性或堿性電解質溶液如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液在中性或堿性環境中，O2-離子也不能單獨存在，O2-離子只能結合H2O生成OH-離子，故在中性或堿性電解質溶液中，正極反響式為O22H2O +4e -=4O H

4、 -。3電解質為熔融的碳酸鹽如 LiCO3和Na2CO熔融鹽混和物在熔融的碳酸鹽環境中，O2-離子也不能單獨存在，O2-離子可結合CO2生成CO32-離子，那么其正極反響式為 O2 + 2CO2 +4e-=2CO32-。 4電解質為固體電解質如固體氧化鋯 氧化釔該固體電解質在高溫下可允許O2-離子在其間通過，故其正極反響式應為O24e-=2O2-。綜上所述，燃料電池正極反響式本質都是 O2 + 4e-=2O 2-，在不同電解質環 境中，其正極反響式的書寫形式有所不同。 因此在書寫正極反響式時， 要特別注 意所給電解質的狀態和電解質溶液的酸堿性。3、燃料電池負極反響式的書寫燃料電池負極反響物種類

5、比擬繁多， 可為氫氣、水煤氣、甲烷、丁烷、甲醇、 乙醇等可燃性物質。 不同的可燃物有不同的書寫方式， 要想先寫出負極反響式相 當困難。一般燃料電池的負極反響式都是采用間接方法書寫， 即按上述要求先正 確寫出燃料電池的總反響式和正極反響式， 然后在電子守恒的根底上用總反響式 減去正極反響式即得負極反響式。燃料電池電極反響式的書寫應用舉例1、電解質為酸性電解質溶液例 1、科學家預言，燃料電池將是 21 世紀獲得電力的重要途徑，美國已方案將 甲醇燃料用于軍事目的。 一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑， 在 稀硫酸電解液中直接參加純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣。 試答復以下問題： 1這

6、種電池放電時發生的化學反響方程式是 。 2此電池的正極發生的電極反響是 ；負極發生的電極反響是 。3電解液中的H+離子向 極移動；向外電路釋放電子的電極是 。4比起直接燃燒燃料產生電力， 使用燃料電池有許多優點， 其中主要有兩點： 首先是燃料電池的能量轉化率高，其次是 。 解析：因燃料電池電化學反響的最終產物與燃料燃燒的產物相同， 又且其電解質 溶液為稀硫酸， 所以該電池反響方程式是 2CH 3OH+3O 2=2CO 2+4H 2 O。 按上述 燃料電池正極反響式的書寫方法 1 知，在稀硫酸中，其正極反響式為： 302+ 12H+12e-=6H2O，然后在電子守恒的根底上利用總反響式減去正極反

7、響 式即得負極反響式為：2CH3OH+2H2O 12e-=2CO2f +12H。由原電池原理知負 極失電子后經導線轉移到正極， 所以正極上富集電子， 根據電性關系知陽離子向 正極移動，陰離子向負極移動。故 H+離子向正極移動，向外電路釋放電子的電 極是負極。答案：12CH3OH+3O 2=2CO2+4H2O2正極 3O2+ 12H+12e-=6H2O;負極 2CH3OH+2H2O 12e-=2CO2 T +12H 3正；負 對空氣的污染較小2、電解質為堿性電解質溶液例 2、甲烷燃料電池的電解質溶液為 KOH 溶液，以下關于甲烷燃料電池的說法 不正確的選項是 A、負極反響式為 CH4+10OH-

8、 8e-=CO32-+7H2OB、正極反響式為 O2+ 2H2O +4e-=4OH-C、隨著不斷放電，電解質溶液堿性不變D、甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大解析：因甲烷燃料電池的電解質為 KOH溶液，生成的CO2還要與KOH反響生 成K2CO3,故該電池發生的反響方程式是 CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。從總 反響式可以看出，要消耗 OH-，故電解質溶液的堿性減小，C錯。按上述燃料電 池正極反響式的書寫方法 2 知，在 KOH 溶液中，其正極反響式為： O2 + 2H2O +4e-=4OH-。通入甲烷的一極為負極，其電極反響式可利用總反響式 減去正極反響式為CH

9、4+10OH- 8e-=CO 32-+7H2O。選項A、B均正確。根據能 量轉化規律， 燃燒時產生的熱能是不可能全部轉化為功的， 能量利用率不高， 而 電能轉化為功的效率要大的多， D 項正確。故符合題意的是 C。3、電解質為熔融碳酸鹽例3、某燃料電池以熔融的K2CO3其中不含02-和HC03-為電解質，以丁烷 為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極。 試答復以下問題： 1寫出該燃料電池的化學反響方程式。 2寫出該燃料電池的電極反響式。 3為了使該燃料電池長時間穩定運行， 電池的電解質組成應保持穩定。 為此， 必須在通入的空氣中參加一種物質，參加的物質是什么，它從

10、哪里來？解析：由于電解質為熔融的K2CO3，且不含O2-和HCO3-,生成的CO2不會與C O32-反響生成HCO3-的，故該燃料電池的總反響式為：2C4Hio+13O2=8CO2+1OH2O。按上述燃料電池正極反響式的書寫方法 3知，在熔融碳酸鹽環境中，其 正極反響式為O2 + 2CO2 +4e-=2CO32-。通入丁烷的一極為負極，其電極反響 式可利用總反響式減去正極反響式求得，應為2C4H1O+26CO 32-52e-=34CO 2+10H2O o從上述電極反響式可看出，要使該電池的電解質組成保持穩定，在通入 的空氣中應參加CO2，它從負極反響產物中來。答案： 1 2C4H10+13O2

11、=8CO2+10H2O2正極： O2+2CO2 +4e-=2CO32-，負極： 2C4H10+26CO32-52e-=34CO2+10H2O3 CO2 從負極反響產物中來4、電解質為固體氧化物例 4、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質是摻雜 氧化釔(丫2。3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態下能傳導 O2-。以下對該燃料電 池說法正確的選項是 ( )A. 在熔融電解質中，O2-由負極移向正極B. 電池的總反響是： 2C4H10+13O2 =8CO2+10H2OC. 通入空氣的一極是正極，電極反響為：O2+ 4e-= 2O2-D. 通入丁烷的一極是正極，電極反響為：

12、C4H10 + 26e-+ 13O2- = 4CO2 + 5H2O 解析：此題以丁烷燃料電池為載體綜合考查了原電池原理涉及的有關 “電子流向、 電極反響式、總反響式等內容，因正極上富集電子，根據電性關系， O2-不可能 移向正極， A 錯。由丁烷的燃燒反響及電解質的特性知該電池的總反響式為 2C4H1013O2=8CO210H2O，B 正確。按上述燃料電池正極反響式的書寫方 法5知，在熔融狀態下允許02-在其間通過，故其正極反響式為 02+ 4e-=2O2-, C 正確。通入丁烷的一極應為負極， D 錯。故符合題意的是 B、C。?化學反響原理?中原電池局部涉及到了常用電池，其中包括燃料電池，燃 料電池電極方程式的書寫對學生而言是一難點。下面就這一問題提供兩種方法：pH 試紙的使用方法1. 檢驗溶液的性質：取一小塊試紙在外表皿或玻璃片上，用沾有待測液的玻璃 棒或膠頭滴管點于試紙的中部，觀察顏色的變化，判斷溶液的性質。2. 檢驗氣體的性質：先用蒸餾水把試紙潤濕，粘在玻璃棒的一端，用玻璃棒把 試紙靠