燃料电池的电极反应式的书写

燃料电池的电极反应式的书写

孙建斌

湖南省安化县第一中学孙建斌

原电池的电极反应式的书写是学生感到一个很棘手的问题，特别是燃料电池。笔者简单总结如下，希望对大家有所帮助。

一、明确电极反应式书写的原则

1.电池的负极发生氧化反应，电极材料本身要参加反应或电极材料上的物质要参加反应，反应生成物直接进入溶液或者与电解质溶液发生反应，生成新的物质或离子。

2.电池的正极发生还原反应，氧气在这里得电子。

3.电池的正极和负极发生反应时，粒子得失电子的数目相等，负极失去的电子数目等于正极得到的电子数目。

明确了电极反应式书写的原则，然后在不考虑电解质溶液参加反应的情况下写出“电极反应式”，再根据电解质溶液的性质去判断电极反应产物。

二、电极反应产物的判断

负极：电极材料本身参加反应或电极材料上的物质参加反应，燃料电池中是燃料在此失去电子而被氧化，若燃料与氧气的氧化产物能够与电解质溶液中的粒子发生反应，则该粒子一般要参加该电极的电极反应，

例如，在甲烷燃料电池中，其负极的电极反应式为：

CH4＋10OH-－8e-===CO32-＋7H2O

（其思考过程是：甲烷的氧化产物是二氧化碳，生成的二氧化碳能与电解质溶液中的氢氧根离子反应，生成碳酸根离子，因此必须考虑氢氧根离子参加反应。）

在氢氧燃料电池中，其负极的电极反应式为：

（碱性型）2H2＋4OH-－4e-===4H2O

（酸性型）2H2－4e-===4H+

原因是甲烷燃料电池中的氧化产物二氧化碳能与氢氧根离子反应，生成碳酸根离子；氢氧燃料电池中的氧化产物氢离子能和氢氧根离子反应生成水（碱性型）。

正极：由于是氧气在这里得到电子，生成物到底是氧离子还是氢氧根离子，要看电解质溶液所处的环境。若是水溶液，则是氢氧根离子；若是熔融状态，则是氧离子。

例如，在甲烷燃料电池中，其正极的电极反应式为：

2O2＋4H2O＋8e-===8OH-

在氢氧燃料电池中，其正极的电极反应式为：

（碱性型）O2＋2H2O＋4e--===4OH—

（酸性型）O2＋4H+＋4e--===2H2O

三、反应过程中得失电子多少的确定

粒子参加电极反应时，得失电子数目多少的计算，可以根据粒子参加反应前后化合价的变化数目来确定，粒子得失电子数目等于粒子反应前后化合价的变化数值。

例如，在甲烷燃料电池中，甲烷所失去电子数目多少就可以这样计算出来：甲烷中碳的化合价为－4价，反应后碳酸根离子中碳的化合价为＋4价，两者的差值为8，则在反应过程中每一摩尔甲烷就失去8摩尔电子。

根据上述原则，燃料电池的电极反应式一般都可以写出来。

跟踪练习

设计燃料电池使用汽油氧化产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制出了一种燃料电池：一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸汽，电池的电解质是掺杂了氧化钇的氧化锆晶体，它在高温下能传导O2-离子。

（1）以丁烷代替汽油，这个电池放电时发生反应的化学方程式为________________。

（2）正极反应的电极反应是________________。固体电解质里的离子向___极移动；负极反应的电极反应式是________________。

（3）汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全，会产生______堵塞电极的气体通道。有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间，这正是新一代化学家的使命。

参考答案

（1）2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O

（2）O2＋4e-===2O2-负C4H10＋13O2—－26e-===4CO2＋5H2O

（3）碳（粒）