燃料电池电极反应式的书写方法和技巧

电化学基础

例题 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：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①

燃料电池正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O②

①－②×2，得燃料电池负极反应式： __________________。

(2)碱性条件

燃料电池总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O①

燃料电池正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－②

①－②×2，得燃料电池负极反应式：_________________。

1．有关电化学知识的描述正确的是 ( )

A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能

B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液

C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成

D．理论上，任何自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

2．分析下图的四个原电池装置，其中结论正确的是(

)

A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极

B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑

C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

3下列各组材料中，不能组成原电池的是 ( )

A B C D

两极

材料 Zn片

石墨 Cu片

Ag片 Zn片

Cu片 Fe片

Cu片

插入

溶液 H2SO4

溶液 AgNO3

溶液 蔗糖

溶液 稀盐酸 镉镍可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充、放电反应按下式进行：

Cd＋2NiO(OH)＋2H2O放电充电Cd(OH)2＋2Ni(OH)2

由此可知，该电池放电时的负极是 ( )

A．Cd(OH)2 B．Ni(OH)2 C．Cd D．NiO(OH)

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把化学能转化为电能的装置或通过自发的氧化还原反应

产生电流的装置称为原电池。原电池反应属于自发的氧化还

原反应，通常只要是一个放热的氧化还原反应，理论上均可设

计成原电池反应。原电池电极反应式的书写，特别是有机燃料

电池电极反应式的书写，在高考中占有重要的地位，是高频考

点，也是难点，同学们在这一块知识点的处理上很棘手。下面，

笔者就谈谈自己在书写原电池电极反应式的一些个人见解，敬

请同仁斧正。

一、背景

原电池实质上是把一个完整的氧化还原反应的氧化反应

和还原反应分别在两个电极发生，通过闭合回路，实现电子的

定向移动而形成电流，从而实现了化学能转化为电能的过程。

这样就涉及电子和离子的定向移动来平衡电荷，故在书写和配

平电极方程式时，应涉及电子守恒和电荷守恒，所以，其配平又

有不同于氧化还原反应配平的地方，这就给配平带来不便。

二、配平方法

（一）化合价升降法

配平电极方程式，需先确定反应条件的影响。有机物燃料

电池，它可以是酸性环境放电，也可以是碱性环境放电，且C稳

定化合价为+4价。酸性环境中，+4价C以CO2形式存在；碱性

环境中，+4价C以CO32-形式存在。所以酸性环境放电和碱性

环境放电的电极方程式又有所不同。例如：1.甲烷燃料电池

（1）酸性环境

负极：CH4失去电子，C从-4价升高到+4价，失去8个电子，

即：CH4－8e－=CO2，根据酸性环境和电荷守恒，应在等号后加8H+；根据氢原子守恒，应在等号前加2H2O，最后得到的负极电

极反应式为：CH4+2H2O－8e－=CO2+8H+。

正极：O2得到电子，O从0价降低到-2价，得到4个电子，

即：O2+4e－=2O2-，但O2-不能存在于溶液中，酸性环境中以H2O

形式存在，正极反应式为：O2+4H++4e－=2H2O。

总反应式为：CH4+2O2=CO2+2H2O

（2）碱性环境

负极：CH4失去电子，C从-4价升高到+4价，失去8个电子，

即：CH4－8e－=CO32-，根据碱性环境和电荷守恒，应在等号前加10OH－，等号后加2H2O，最后得到的负极电极反应式为：CH4+

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+2H2O①

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②

①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

燃料电池电极反应式书写的规律

原电池知识是中学化学中的重要基本概念，也是近年来高考的热点，在学习原电池时，学生最感到困难的是电极反应式的书写，特别燃料电池的电极反应式的书写，为了帮助同学们准确把握这类电池的电极反应式的写法，我结合自己的教学体会谈谈这方面的问题，供大家参考。

燃料电池是一种不经燃烧，将燃料的化学能经过电化学反应直接转变为电能的装置，它和其它电池中的氧化还原反应一样，都是自发的化学反应，不会发出火焰，其化学能可以直接转化为电能的一种电池。燃料即化石燃料以及由此得到的衍生物，如氢、肼、烃、煤气等液体和气体燃料；氧化剂仅限于氧和空气。燃料电池基本结构与一般化学电源相同，由正极（氧化剂电极）、负极（燃料电极）和电解质构成，但其电极本身仅起催化和集流作用。燃料电池工作时，活性物质由外部供给，因此，原则上说，只要燃料和氧化剂不断地输入，反应产物不断地排出，燃料电池就可以连续放电，供应电能。

氢氧燃料电池基本结构

所有的燃料电池的工作原理都是一样的，其电极反应的书写同样是有规律可循的。书写燃料电池电极反应式的步骤类似于普通原电池，在书写时应注意以下几点：

1.电池的负极一定是可燃性气体，失电子，元素化合价升高，发生氧化还原反应；电池的正极一定是助燃性气体，得电子，化合价降低，发生还原反应。

2.燃料电池两电极材料一般都不参加反应，反应的是通到电极上的燃料和氧气，两电极只是传导电子的作用。

3.电极反应式作为一种特殊的离子反应方程式，也必需遵循原子守恒，得失电子守恒，电荷守恒。

4.写电极反应时，一定要注意电解质是什么，其中的离子要和电极反应中出现的离子相对应，在碱性电解质中，电极反应式不能出现氢离子，在酸性电解质溶液中，电极反应式不能出现氢氧根离子。

5.正负两极的电极反应式在得失电子守恒的条件下，相叠加后的电池反应必须是燃料燃烧反应和燃料产物于电解质溶液反应的叠加反应式。

例1: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，电解质溶液通常选用KOH。在负极上氢气失去电子变成 H+进入溶液，H+又与溶液中的OH-继续反应生成H2O，因此在负极发生的反应为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，正极反应式为：O2 + H2O + 4e- = 4OH- 。 总反应为：2H2 + O2 = 2H2O ；若在酸性条件下， 负极反应式为：H2 +2e- = 2H+ ,正极反应式为：O2