加離補分法

沙德芳

[摘要]

燃料電池電極反應式的書寫

是學生平時練習和考試中易出錯的知識點，用“加離補分法”書寫燃料電池的電極反應式，可有效提高書寫的速度和準確性，值得推廣。

[關鍵詞]電極反應式；加離補分法；加離子；補分子

[中圖分類號]G633.8[文獻標識碼]A[文章編號]16746058（2018）05006002

電化學中電極反應式的書寫不僅是電化學教學的重點和難點，更是高考的熱點題型之一，其中，燃料電池電極反應式的書寫又是電極反應式書寫中的難點。筆者根據自己的教學實踐，歸納總結出了燃料電池電極反應式書寫的新方法——“加離補分法”。下面就此方法進行較為詳盡的介紹，旨在拋磚引玉。

“加離補分法”書寫燃料電池電極反應式的步驟：

1.寫出燃料燃燒反應的化學方程式。

2.根據電解液改寫燃料電池的總反應式（是離子反應的寫離子方程式）。

3.用雙線橋分析總反應方程式，確定氧化反應、還原反應以及反應中轉移的電子數目。

4.添加電解液中參與正、負電極反應但在總反應中又約去不體現的隱藏離子。添加離子時，選用離子的原則是：選用電解質中能參與電極反應的離子（如：酸性電解質溶液中的H+；堿性電解質溶液中的OH-等）。注意添加離子的物質的量與其所帶電荷數的乘積的絕對值等于總反應中轉移的電子總數，且方程式左右同等添

加該離子。

5.將添加離子后的總反應拆寫為正、負極反應式，再根據原子守恒的需要給兩極反應同等補充合適的分子。（注：上步添加的離子若是陽離子，則該離子參加正極反應并在負極反應中生成，拆寫時，一般先拆寫出負極反應式并根據負極反應式中原子守恒的需要補合適的分子較為容易；添加的離子若是陰離子，則該離子參加負極反應并在正極反應中生成，拆寫時，一般先拆寫出正極反應式并根據正極反應式中原子守恒的需要補合適的分子較為容易。）下面以甲烷-空氣燃料電池為例，詳細介紹此方法。

【例1】甲烷-空氣燃料電池。

（1）若電解質為稀硫酸

CH4燃燒方程式即是該電池總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由雙線橋分析可知反應中轉移電子8e-。

說明：

①添加離子：雙線橋分析可知反應中轉移電子8e-，根據電荷守恒為H+添加系數8。

②拆寫：將氧化反應拆寫成負極反應式（8H+在負極生成），還原反應改寫成正極反應式。

③補分子：根據負極反應的原子守恒需要和體系環境選擇合適的分子（2H2O），且正極同等補加。

④整理、檢查：原子、電荷是否守恒；“=”“↑”“↓”的使用等。

（2）若電解質為KOH溶液

先寫出CH4燃燒反應方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O，還需考慮產物CO2能與電解質KOH溶液反應：CO2+2KOH=K2CO3+H2O，合并得總反應式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，改寫成離子方程式：CH4+2O2+2OH-=CO2-3+3H2O，由雙線橋分析可知反應中轉移電子8e-。

（3）若電解質為熔融碳酸鹽（如熔融K2CO3），正極充入CO2與O2的混合氣體

CH4燃燒方程式即是該電池總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由雙線橋分析可知反應中轉移電子8e-。

（4）若電解質為固體ZrO2（可傳導O2-）

CH4燃燒方程式即是該電池總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由雙線橋分析可知反應中轉移電子8e-。

說明：①書寫電池總反應式時要考慮燃料燃燒產物與環境介質有無反應。如：產物中+4價碳元素在酸性環境下以CO2形式存在，在堿性環境下以CO2-3形式存在。②燃料電池中可燃物質在負極放電，助燃氣體（O2）在正極放電。③燃料電池總反應轉移電子數目可以根據反應中O2的得電子數目來確定；若負極放電的燃料是有機物，則有機物中碳元素化合價升高總數即為失去的電子總數（有機物中碳元素化合價確定方法：將有機化合物寫成分子形式，先標定氫的化合價為+1價、氧的化合價為-2價，最后根據化合物中元素化合價代數和為零的原則標出碳元素化合價。如：乙醇C2H6O中碳為-2價，葡萄糖C6H12O6中碳為0價）。

學會“加離補分法”書寫燃料電池電極反應式后，我們還可以把此方法應用在某些二次電源的電極反應式的書寫中。

【例2】鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進行：

Cd+2NiOOH+2H2O放電充電Cd（OH）2+2Ni（OH）2，寫出該電池放電時電極反應式。

由雙線橋分析可知反應中轉移電子2e-。

【

練習】據報道，摩托羅拉公司的一種以甲醇（CH3OH）為原料、以KOH為電解質的用于手機的可充電的高效燃料電池，充一次電可持續使用一個月。（1）寫出該電池的負極反應式；（2）若將KOH的堿性反應環境變為酸性環境，則該電池的負極反應式為；（3）若以熔融的K2CO3為電解質，陽極充入CO2與O2的混合氣體，試寫出該燃料電池的電極反應式。

參考答案（1）CH3OH-6e-+8OH-=CO2-3+6H2O；（2）CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

（3）負極：2CH3OH-12e-+6CO2-3=8CO2+4H2O；正極：3O2+12e-+6CO2=6CO2-3

（責任編輯羅艷）