巧妙解決燃料電池電極式書寫問題

馬德喜　李穎

燃料電池綠色環(huán)保，電能轉(zhuǎn)化率高，也是高考中常出現(xiàn)的熱門考點(diǎn)，部分學(xué)生對于燃料電池的電機(jī)式書寫不得要領(lǐng)，那么如何書寫燃料電池電極式呢。

解決燃料電池電極式書寫應(yīng)具備以下四個認(rèn)識：

1、有氧氣參與的燃料電池，正極一定是氧氣得電子：O2+4e–=2O2–

2、O2–怕H2O怕CO2

O2–+H2O=2OH-（水溶液時考慮此情況）;O2–+CO2=CO32–（熔融的碳酸鹽時考慮此情況）

3、環(huán)境：水溶液（酸性和堿性），熔融態(tài)（碳酸鹽和非碳酸鹽），固態(tài)

4、方法：由已知數(shù)學(xué)中a+b=c知，a=c–b或b=c–a

結(jié)合四方面的認(rèn)識來解決燃料電池電極式書寫問題。

下面以甲烷燃料電池為例：

酸性溶液（有水）：

總的電極反應(yīng)式為：

–4 0? +4–2–2

CH4+2O2=CO2+2H2O①

通過元素化合價來判斷負(fù)極參加反應(yīng)的物質(zhì)是CH4，正極參加反應(yīng)的物質(zhì)是O2，正極電極反應(yīng)式容易直接書寫。

正極分析：O2+4e–=2O2–，2O2–+2H2O=4OH-，4OH–+4H+=4H2O

整理得：正極電極式：O2+4H++4e–=2H2O②

由②×2得：2O2+8H++8e–=4H2O③

將③式顛倒得：4H2O=2O2+8H++8e–④

由①+④得：CH4+2H2O=CO2+8H++8e–⑤

將⑤式中的8e–移到等式的左側(cè)得：

負(fù)極電極式：CH4+2H2O–8e–=CO2+8H+

但還要注意如果題目要求正負(fù)電極式全部寫出時，正負(fù)極電極式中得失電子的數(shù)目一定要相等.

堿性溶液（有水）：

總的電極反應(yīng)分析：

CH4+2O2=CO2+2H2O①

CO2+2OH–=CO32–+H2O②

由①+②得：總的電極反應(yīng)式：CH4+2O2+2OH–=CO32–+3H2O③

正極分析：O2+4e–=2O2–，2O2–+2H2O=4OH–

整理得：正極電極式：O2+2H2O+4e–=4OH–④

由④×2得：2O2+4H2O+8e–=8OH–⑤

將⑤式顛倒得：8OH–=2O2+4H2O+8e–⑥

由③+⑥得：CH4+10OH-=CO32–+7H2O+8e–⑦

將⑦式中的8e–移到等式的左側(cè)得：

負(fù)極電極式：CH4+10OH-–8e–=CO32–+7H2O

熔融的非碳酸鹽：

總的電極反應(yīng)式為：

CH4+2O2=CO2+2H2O①

正極分析：O2+4e–=2O2–

所以正極電極式：O2+4e–=2O2–②

由②×2得：2O2+8e–=4O2–③

將③式顛倒得：4O2–=2O2+8e–④

由①+④得：CH4+4O2–=CO2+2H2O+8e–⑤

將⑤式中的8e–移到等式的左側(cè)得：

負(fù)極電極式：CH4+4O2––8e–=CO2+2H2O

熔融的碳酸鹽（此時空氣中的CO2參與反應(yīng)）：

總的電極反應(yīng)式為：

CH4+2O2=CO2+2H2O①

正極分析：O2+4e–=2O2–，2O2–+2CO2=2CO32–

整理得：正極電極式：O2+2CO2+4e–=2CO32–②

由②×2得：2O2+4CO2+8e–=4CO32–③

將③式顛倒得：4CO32–=2O2+4CO2+8e–④

由①+④得：CH4+4CO32–=5CO2+2H2O+8e–⑤

將⑤式中的8e–移到等式的左側(cè)得：

負(fù)極電極式：CH4+4CO32--8e–=5CO2+2H2O

應(yīng)用練習(xí)

乙醇燃料電池，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，寫出下列電極方程式。

總的電極式為：

正極電極式為：

負(fù)極電極式為：

分析：因?yàn)槭菈A性溶液環(huán)境，所以總的電極式為：C2H5OH+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O

分析正極：O2+4e–=2O2–，2O2-+2H2O=4OH–得，正極電極式為O2+2H2O+4e–=4OH–，然后擴(kuò)大3倍再顛倒與總的電極式左右相加得，負(fù)極電極式為C2H5OH+16OH--12e–=2CO32-+11H2O

總結(jié)：只要大家記住O2-+H2O=2OH-;O2-+CO2=CO32-，結(jié)合環(huán)境寫出總的、正極電極式，再運(yùn)用加和性來處理我們就能夠準(zhǔn)確地書寫出燃料電池電極式甚至解決其他類型電池電極式書寫。