燃料电池规律的总结

雨过天晴

反应式

负极

正极

燃料电池

反应

酸性

电池

电极

碱性

左边

(1)总反应：总反应是燃料的燃烧反应。如2H2＋O2===2H2O、CH4＋2O2===CO2＋2H2O(酸性)、CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O(碱性)等。
(2)正极反应：燃料电池的正极上是氧化剂，发生还原反应。通常是O2＋4e－＋2H2O===4OH－(碱性)、O2＋4e－＋4H＋===2H2O(酸性)等。
(3)负极反应：燃料电池的负极上是燃料发生氧化反应。书写负极的电极反应式通常有两种方法(思路)。 方法一：守恒分析法
首先确定还原剂、氧化产物及失去的电子数，然后依据介质(H＋或OH－)来使电荷和原子个数守恒。
以甲烷燃料电池(NaOH溶液为电解质溶液)为例说明如下：
①CH4是还原剂，CO2是氧化产物，但碱溶液中CO2转化为CO，由，升高8价，故有：CH4－8e－―→CO。②平衡电荷：左边失8个电子，右边有2个负电荷，故应在左边加上10个负电荷，即CH4－8e－＋10OH－―→CO。③将H、O原子数配平得：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。
若为酸性电池，则书写步骤为① CH4－8e－―→CO2。②平衡电荷：左边失8个电子，不可能加OH－，应在右边加H＋：CH4－8e－―→CO2＋8H＋。③左边加H2O并配平得：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。 方法二：反应式相减法
用电池总反应式减去正极的电极反应式可得出负极的电极反应式。
①总反应：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O(碱性电池)
－)正极反应：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
负极反应：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。
②总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O(酸性电池)
－)正极反应：2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
负极反应：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。

练习：以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。
(1)酸性条件燃料电池总反应式：__________________________________。
正极反应式：___________________________________________________。
负极反应式：__________________________________________________。
(2)碱性条件燃料电池总反应式：_______________________________。
正极反应式：__________________________________________________。
负极反应式：__________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)燃料电池
总反应式：___________________________________________________。
正极反应式：_________________________________________________。
负极反应式：_________________________________________________。
(4)一极通甲烷，另一极通氧气和二氧化碳的混合气体，熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境，下电池总反应式：
_______________________________________________________。
正极反应式：__________________________________________________。
负极反应式：___________________________________________________。

答案　(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
(3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
(4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋4CO2＋8e－===4CO
CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O