巧妙解決燃料電池電極式書寫問題

馬德喜　李穎

燃料電池綠色環保，電能轉化率高，也是高考中常出現的熱門考點，部分學生對于燃料電池的電機式書寫不得要領，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具備以下四個認識：

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、環境：水溶液（酸性和堿性），熔融態（碳酸鹽和非碳酸鹽），固態

4、方法：由已知數學中a+b=c知，a=c–b或b=c–a

結合四方面的認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）：

總的電極反應式為：

–4 0? +4–2–2

CH4+2O2=CO2+2H2O①

通過元素化合價來判斷負極參加反應的物質是CH4，正極參加反應的物質是O2，正極電極反應式容易直接書寫。

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–移到等式的左側得：

負極電極式：CH4+2H2O–8e–=CO2+8H+

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

堿性溶液（有水）：

總的電極反應分析：

CH4+2O2=CO2+2H2O①

CO2+2OH–=CO32–+H2O②

由①+②得：總的電極反應式：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–移到等式的左側得：

負極電極式：CH4+10OH-–8e–=CO32–+7H2O

熔融的非碳酸鹽：

總的電極反應式為：

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–移到等式的左側得：

負極電極式：CH4+4O2––8e–=CO2+2H2O

熔融的碳酸鹽（此時空氣中的CO2參與反應）：

總的電極反應式為：

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–移到等式的左側得：

負極電極式：CH4+4CO32--8e–=5CO2+2H2O

應用練習

乙醇燃料電池，電解質溶液為NaOH溶液，寫出下列電極方程式。

總的電極式為：

正極電極式為：

負極電極式為：

分析：因為是堿性溶液環境，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–，然后擴大3倍再顛倒與總的電極式左右相加得，負極電極式為C2H5OH+16OH--12e–=2CO32-+11H2O

總結：只要大家記住O2-+H2O=2OH-;O2-+CO2=CO32-，結合環境寫出總的、正極電極式，再運用加和性來處理我們就能夠準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。