燃料电池电极反应式的书写(共26页)

欢迎共阅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①酸性液中 H2 - 2e- == 2H+②碱性溶液中 H2 - 2e- + 2OH- == 2H2O③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22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：H2–2e- === 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-=== 2H2O(O2+ 4e-=== 2O2-，2O2- + 4H+ === 2H2O)? 负极的电极反应式为：CH4O -6e-+8OH-? === CO32-+ 6H2O2. 酸性电解质（H2SO4溶液为例）总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O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。

一•碱性燃料电池（KOH）
书写电极反应方程式：
1．氢氧燃料电池：
负极：
正极：
2．甲烷燃料电池：
负极：
正极：
3．乙醇燃料电池：
负极：
正极：
二．酸性燃料电池（稀硫酸）1．丙烷燃料电池：
负极：
正极：
总反应化学方程式：
2．肼燃料电池：
负极：
正极：
总反应化学方程式:H
2
N-NH
2
+O
2=
N
2
+2H°
3．乙醇燃料电池：
负极：,
正极：
总反应化学方程式：
三．熔融碳酸盐燃料电池
电解质是Li2CO3-K2CO3的混合物熔盐，导电离子是碳酸根离子
CO燃料电池：总反应化学方程式：
负极：，正极：
四■固体氧化物燃料电池电解质是掺杂Y2O3的ZrO2,在800〜1000°C高温下，O2-导电。

甲烷燃料电池：总反应化学方程式：
负极：，正极：
五．质子交换膜燃料电池
采用含全氟磺酸质子交换膜的装置，该电池可在常温80C工作，H+导电。

甲醇燃料电池：总反应化学方程式：
负极：，正极：。

燃料电池电极反应式书写方法与学习方法燃料电池电极反应式书写方法法一：常用方法电极：惰性电极;燃料包含：H2;烃如：CH4;醇如：C2H5OH等。

电解质包含：①酸性电解质溶液如：H2SO4溶液;②碱性电解质溶液如：NaOH溶液;③熔融氧化物如：Y2O3;④熔融碳酸盐如：K2CO3等。

本文来自化学自习室!第一步：写出电池总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。

本文来自化学自习室!如氢氧燃料电池的总反应为：2H2+O2=2H2O;甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH 溶液)的反应为：CH4+2O2=CO2+2H2O①CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②①式+②式得燃料电池总反应为：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O 本文来自化学自习室!本文来自化学自习室!第二步：写出电池的正极反应式本文来自化学自习室!根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-(3)固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式：O2+4e-=O2-(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32- 。

第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式=电池正极反应式+电池负极反应式故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。

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：CH4+2O2=CO2+2H2O①燃料电池正极反应：O2+4H++4e-=2H2O②①-②×2，得燃料电池负极反应：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+2、碱性条件燃料电池总反应：C H4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O①燃料电池正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-②①-②×2，得燃料电池负极反应：CH4+10OH--8e-=CO +7H2O3、固体电解质(高温下能传导O2-) 本文来自化学自习室!燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①燃料电池正极反应：O2+4e-=2O2-②①-②×2，得燃料电池负极反应：CH4+O2--8e-=CO2+2H2O4，熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下本文来自化学自习室!电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O。

“五步法书写燃料电池电极反应式
一、写出燃料燃烧的化学方程式
CH4+2O2=CO2+2H2O
二、看燃烧产物能否与电解质溶液发生反应
甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在碱性电解质中生成CO2-3离子和H2O，即CO2+2KOH=K2CO3+H2O。

三、确定燃料电池的总反应
（1）如果燃烧产物不与电解质溶液发生反应，则燃烧的化学方程式
即为总反应。

（2）如果燃烧产物与电解质溶液反应则将一、二中两个反应加和即
可得到总反应。

四、写出燃料电池正极反应式
因为燃料电池正极反应物一律是氧气，正极反应的本质都是O2得电
子生成O2-离子，故正极反应式的基础都是O2+4e-=2O2-。

1.电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）
2.电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）
3.电解质为熔融的碳酸盐（如Li2CO3和Na2CO3熔融盐混合物）
在熔融的碳酸盐环境中，其正极反应式为
4.电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇）
五、燃料电池负极反应式的书写
燃料电池负极反应物种类比较繁多，可为氢气、水煤气、甲烷、丁烷、甲醇、乙醇等可燃性物质。

不同的可燃物有不同的书写方式，要想先写出
负极反应式相当困难。

一般燃料电池的负极反应式都是采用间接方法书写，即按上述要求先正确写出燃料电池的总反应式和正极反应式，然后在电子
守恒的基础上用总反应式减去正极反应式即得负极反应式。

正确书写燃料电池的电极反应式一、电极反应书写常见错误举例及错因分析1.完成甲烷—硫酸构成的燃料电池的电极反应1正极：2O2+8e- +4H+=4OH-2正极：O2+8e- =O2-3正极：2O2+8e- +4H2O=8OH-4负极：CH4-8e- +2OH- =CO2+6H2O5正极：CH4-8e- +3OH- =CO32-+7H+错因分析：在硫酸溶液显酸性，其中有很多H+,那么OH-、O2-、 CO32-就不能存在的因此书写电极反应就应关注溶液的酸性；24中还存在质量不守恒电、荷不守恒的问题；5中CO32-与7H+本来就不能共存的，且没有区分开正、负极2.完成甲烷—氢氧化钠燃料构成的燃料电池的电极反应1正极：O2+8e- +H2O=8OH-2正极：O2+8e- +H+=H2O3负极：CH4-8e- +OH- =CO2+6H2O错因分析：在氢氧化钠溶液显碱性，其中有很多OH-+ ，那么H+、O2-、 CO2就不能存在的因此书写电极反应就应关注溶液的碱性；1中还存在质量不守恒、23同时存在质量、电荷不守恒的问题。

二、解题程序介绍例：完成甲醛——氢氧化钠燃料电池的电极反应1．纯氧化还原反应角度分析：0 +4HCHO + O2 → CO2 + H2O氧化反应：HCHO-6e→CO2+H+还原反应：O2+4e-→2O2-（暂不考虑电解质的作用、也不必配平只考虑价态变化和得失电子）2．将负、正极与氧化还原、反应对应起来置换1理解好原电池的原理熟记下表关系两极反应电子得失电子流向化合价变化正极还原反应得电子电子流入降低负极氧化反应失电子电子流出升高2借助干电池的正负极建立上述对应关系负极（氧化反应）：HCHO-6e→CO2+H+正极（还原反应）：O2+4e-→2O2-3.检查修正电极反应：第一步：分析电解质溶液成分看有哪一些粒子能和上面的电极反应式中的微粒结合2-NaOH溶液中主要有OH-、H2O、Na+，上述微粒中CO2、H+ 、O2-依次能和OH-、OH-、H2O 结合成CO3 、H2O、 H2O负极：HCHO-6e-+ OH-→CO32-+ H2O正极：O2+4e-+ H2O→2OH-第二步:检查电荷是否守恒负极：HCHO-6e-+8OH-→CO32-+H2O正极：O2+4e-+ H2O→4OH-第三步:检查质量是否守恒负极：HCHO-6e-+8OH-→CO3+5H2O正极：O2+4e-+ 2H2O→4OH-三、教学前瞻性设计由于本部分知识和氧化还原反应、离子反应有着不可分割的联系所以在进行前两部分教学和习题讲评时就应有意识地进行教学铺垫比如：分析氧化还原反应时将它分为氧化反应部分，还原反应部分；在进行离子方程式教学时进行电荷守恒训练，尤其是对氧化还原型离子方程进行分析时就可结合二都进行强化四、习题迁移训练15.（05广东）一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。

一、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－＋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＋H2O＋4e－＝4OH－。

2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）负极的电极反应式为：H2 ＋2e－＝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－＝2H2O(O2＋4e－＝2O2－，2O2－＋4H＋＝2H2O)3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质）负极的电极反应式为：H2＋2e－＝2H＋正极的电极反应式为：O2＋H2O＋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－。

二、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－＋6H2O＝12OH－负极的电极反应式为：CH4O －6e－＋8OH－＝CO32－＋6H2O2. 酸性电解质（H2SO4溶液为例）总反应：2CH4O＋3O2＝2CO2＋4H2O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三、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。

燃料电池电极反应式书写方法与学习方法燃料电池电极反应式书写方法与学习方法燃料电池电极反应式书写方法法一：常用方法电极：惰性电极;燃料包含：H2;烃如：CH4;醇如：C2H5OH 等。

电解质包含：①酸性电解质溶液如：H2SO4溶液;②碱性电解质溶液如：NaOH溶液;③熔融氧化物如：Y2O3;④熔融碳酸盐如：K2CO3等。

本文来自化学自习室!第一步：写出电池总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。

本文来自化学自习室!如氢氧燃料电池的总反应为：2H2+O2=2H2O;甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应为：CH4+2O2=CO2+2H2O①CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②①式+②式得燃料电池总反应为：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O 本文来自化学自习室!本文来自化学自习室!第二步：写出电池的正极反应式本文来自化学自习室!根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-(3)固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式：O2+4e-=O2-(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32- 。

第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式=电池正极反应式+电池负极反应式故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。

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：CH4+2O2=CO2+2H2O①燃料电池正极反应：O2+4H++4e-=2H2O②①-②2，得燃料电池负极反应：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+2、碱性条件燃料电池总反应：CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O①燃料电池正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-②①-②2，得燃料电池负极反应：CH4+10OH--8e-=CO +7H2O3、固体电解质(高温下能传导O2-) 本文来自化学自习室!燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①燃料电池正极反应：O2+4e-=2O2-②①-②2，得燃料电池负极反应：CH4+O2--8e-=CO2+2H2O4，熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下本文来自化学自习室!电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O。

燃料电池电极反应式的书写燃料电池是现代社会中具有广阔发展前景的新能源，具有能量转换效率高，洁净无污染等特点。

燃料电池依据电解质的不同，可以分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池及质子交换膜燃料电池等。

燃料电池电极反应式的书写是近年各省（区）、市高考考查的热点，也是考生得分低的一个难点。

笔者拟通过以下例题与各位同行交流燃料电池电极反应式的书写及突破策略，敬请批评指正。

一、碱性燃料电池（AFC）碱性燃料电池的电解质溶液常为KOH溶液，导电离子为OH-。

例1用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入CH4和O2，可形成燃料电池，该电池放电时负极发生的反应为__________________解析甲烷与氧气反应的方程式为：CH4+2O2=CO2+2H2O，由于在碱性环境下CO2会与OH-反应生成CO32-，所以在KOH溶液中电池的总反应式为：CH4+2O2+2OH-= CO32-+3H2O（方程式的叠加结果）。

在碱性或中性水溶液环境中电池正极反应式都为：2O2+4H2O+8e-=8OH-，所以该电池在KOH溶液中负极反应式为：CH4+10OH--8e-=7H2O+CO32-（方程式的叠加结果）。

答案：CH4+10OH--8e-=7H2O+CO32-例2 燃料电池是燃料（例如CO、H2、CH4等）跟氧气或空气起反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质溶液通常是KOH溶液。

下列关于CO燃料电池的说法不正确的是（）A．负极反应式为：CO+4OH--2e=CO32-+2H2OB．正极反应式为：O2+4e+2H2O=4OH-C．随着不断放电，电解质溶液碱性不变D．甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大解析在碱性环境下，CO燃料电池的总反应式为：2CO+O2+4OH-=2CO32-+2H2O；在碱性或中性溶液环境下电池正极反应式都为：O2+2H2O+4e-=4OH-；所以负极反应式为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O。

常见的“燃料电池”的电极反应式的书写燃料电池是原电池中一种比拟特殊的电池，它与原电池构成条件有一点相悖，就是不一定两极是两根活动性不同的电极，也可以用相反的两根电极。

燃料电池有很多，下面主要引见几种罕见的燃料电池，希望到达举一反三的目的。

一、氢氧燃料电池氢氧燃料电池普通是以惰性金属铂(Pt)或石墨做电极资料，负极通入H2，正极通入 O2，总反响为：2H2 + O2 === 2H2O电极反响特别要留意电解质，有以下三种状况：1.电解质是KOH溶液(碱性电解质)负极发作的反响为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以：负极的电极反响式为：H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O;正极是O2失掉电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在碱性条件下不能独自存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O === 4OH- ，因此，正极的电极反响式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。

2.电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)负极的电极反响式为：H2 +2e- === 2H+正极是O2失掉电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性条件下不能独自存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+=== H2O，因此正极的电极反响式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ，2O2- + 4H+ === 2H2O)3. 电解质是NaCl溶液(中性电解质)负极的电极反响式为：H2 +2e- === 2H+正极的电极反响式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH-说明：1.碱性溶液反响物、生成物中均无H+2.酸性溶液反响物、生成物中均无OH-3.中性溶液反响物中无H+ 和OH-4.水溶液中不能出现O2-二、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)总反响式：2CH4O + 3O2 +4KOH === 2K2CO3 + 6H2O正极的电极反响式为：3O2+12e- + 6H20===12OH-负极的电极反响式为：CH4O -6e-+8OH- === CO32- + 6H2O2. 酸性电解质(H2SO4溶液为例)总反响: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O正极的电极反响式为：3O2+12e-+12H+ === 6H2O负极的电极反响式为：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反三、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反响生成K2CO3，所以总反响为：CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O。