燃料電池電極反應式的書寫技巧

王凱

電化學是高考化學中的必定考查知識點，通常以選擇題的形式出現，有時也以填空題形式在大題中出現，其中常?？疾斓皆姵仉姌O反應式的書寫，又尤以燃料電池電極反應式的書寫考察居多，許多資料上講述的電極反應式的書寫方式是：先寫出原電池的總反應，再寫出正負極中電極反應式較簡單一極的反應式，然后用總反應式減去已寫出的一極的電極反應式，就得出另一極的電極反應式。筆者認為這種方法應用于燃料電池時，步驟繁瑣，且易出錯，因要完成整個過程，需要書寫兩次化學方程式，且將兩個化學方程式相減一次。要想結果正確，則這兩次化學方程式書寫都必須正確，且化學方程式相減也必須正確，如果中間有任一環節出錯，結果就會錯誤。甚至有時還會出現為寫出一個電極反應式，需寫出原電池的總反應式和另一極的電極反應式的情況，不簡潔，費時，費力，事半功倍。實際書寫時，因這種方法書寫步驟多，學生其實不易掌握，往往出錯，準確率低。使得本來應是學生得分的簡單題，反而會失分，影響高考成績。筆者在實際教學中，總結了應用氧化還原法書寫不同介質中燃料電池電極反應式的簡潔方法，在此與大家分享，以期能對高考學子有所幫助，助力高考。

一般情況下燃料電池都是一極充燃料，一極充氧氣，充燃料的一極為負極，充氧氣的一極為正極。下面筆者就以這一類燃料電池為例，講解燃料電池電極反應式的簡潔書寫方法。

一、以NaOH等堿性物質溶液為介質的燃料電池

例1、CH4堿性燃料電池 先寫出正極反應式：O2+4e-+2H2O=4OH-，事實上，只要是以堿性物質溶液為介質的燃料電池，充O2的這一極電極反應式都相同。再寫負極反應式：可寫出通式為CH4-e-+OH-=CO32-+H2O ， 再用化合價升降法配平，CH4中碳為-4價，CO32-中碳為+4價，碳從-4價到+4價，化合價升了8，因此失了8個電子，整體上看方程式，左邊失了8個電子，右邊還有兩個單位負電荷，依據電荷守恒，左邊應有10個負電荷，因此在氫氧根前配10，再根據質量守恒配平水和其它物質，配平后的化學方程式為：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O

例2：葡萄糖堿性燃料電池 充氧氣的一極為正極，電極反應式：O2+4e-+2H2O=4OH-，負極反應通式：C6H12O6-e-+OH-=CO32-+H2O ， C6H12O6中碳為0價，CO32-中碳為+4價，碳從0價到+4價，化合價升了4，因此失了4個電子，一個葡萄糖分子中有6個碳原子，因此失了24個電子，，整體上看方程式，左邊失了24個電子，右邊還有12個單位負電荷，依據電荷守恒，左邊應有36個單位負電荷，因此在氫氧根前配36，再根據質量守恒配平水，配平后的化學方程式為：C6H12O6-24e-+36OH-=6CO32-+24H2O

二、以HCl等酸性物質溶液為介質的燃料電池

例3、CH3OH酸性燃料電池 寫出正極反應通式：O2+4e-+4H+=2H2O，同理只要是以酸性物質溶液為介質的燃料電池，充O2的這一極電極反應式都相同。都是上述電極反應式。再寫負極反應式：先寫出通式為：CH3OH-e-+H2O=CO2+H+，再用化合價升降法配平，CH3OH中碳為-2價，CO2中碳為+4價，碳從-2價到+4價，化合價升了6，因此失了6個電子，整體上看方程式，左邊失了6個電子，右邊應帶6個正電荷，因此在氫離子前配6，再根據質量守恒配平水，配平后的離子方程式為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+

三、以熔融的碳酸鹽為介質（允許CO32-自由通過-）的燃料電池

例4、CH4以熔融的碳酸鹽為介質的CH4燃料電池 正極反應通式：O2+4e-+CO2=2CO32- 同理只要是以熔融的碳酸鹽為介質的燃料電池，充O2的這一極電極反應式都相同。都是上述電極反應式。再寫負極反應式：寫出通式為CH4-e-+ CO32- =CO2+ H2O，再用化合價升降法配平，CH4中碳為-4價，CO2中碳為+4價，碳從-4價到+4價，化合價升了8，因此失了8個電子，從整體看方程式，左邊失去了8個電子，右邊不帶電荷，因此在CO32-前配4，再根據質量守恒配平其它物質，配平后的化學方程式為：CH4-8e-+4 CO32- =5CO2+2H2O

四、以熔融的氧化物為介質（允許O2-自由通過-）的燃料電池

例4、以熔融的氧化物為介質（允許O2-自由通過-）的CH4燃料電池 正極反應通式：O2+4e- =2O2- 同理只要是以熔融的氧化物為介質的燃料電池，充O2的這一極電極反應式都相同。都是上述電極反應式。再寫負極反應式：寫出通式為CH4-e-+ O2- =CO2+ H2O，再用化合價升降法配平，CH4中碳為-4價，CO2中碳為+4價，碳從-4價到+4價，化合價升了8，因此失了8個電子，從整體看方程式，左邊失去了8個電子，右邊不帶電荷，因此在O2-前配4，再根據質量守恒配平其它物質，配平后的化學方程式為：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O

筆者認為用此種通式法書寫燃料電池的電極反應式，可避免繁瑣步驟，過程少，簡潔，省時，準確率高，在高考實戰中很強的實用性。

練習：各種介質中乙烷燃料電池電極反應式的書寫

答案：堿性燃料電池 正極O2+4e-+2H2O=4OH-，

負極C2H6-14e-+18OH-=2CO32-+12H2O

酸性燃料電池 正極反應式：O2+4e-+4H+=2H2O

負極 C2H6-14e-+4H2O=2CO2+14H+

以熔融的碳酸鹽為介質（允許CO32-自由通過-）的燃料電池

正極反應式：O2+4e-+CO2=2CO32-

負極反應式C2H6-14e-+7 CO32- =9CO2+3H2O

以熔融的氧化物為介質（允許O2-自由通過-）的燃料電池

正極反應式：O2+4e- =2O2-

負極反應式C2H6-14e-+7 O2- =2CO2+3H2O

（作者單位：甘肅省玉門市第一中學）