燃料電池中電極反應式的書寫方法

杜文原??

摘要：電化學知識歷來是高考的必考內(nèi)容。主要考查原電池及電解池的工作原理、金屬的電化學腐蝕等知識，涉及的主要考點有：原電池正負極的判斷、電極反應式的書寫、電解質溶液中離子移動方向的判斷、外電路中電子的移動方向等。

關鍵詞：電化學；高考；書寫

從考查形式上看，電化學知識的命題形式比較靈活，既有選擇題又有非選擇題。從考查內(nèi)容上看，對原電池工作原理的考查比對電解池工作原理的考查要多。無論是考查原電池還是電解池，新課標全國卷在命題時一般會給出兩極反應物或電極材料，在裝置中有交換膜，從而考查電極反應式的書寫、電子或離子的移動方向等。而學生在書寫電極反應式尤其是燃料電池的電極反應式時容易出錯，下面就燃料電池電極反應式的書寫方法做一歸納總結。

一、 一般電極反應式的書寫

一般電極反應式的書寫有三步：

1. 列物質，標得失。先確定原電池的正負極（正、負極均為惰性電極，電極均不參與反應），列出參加反應的微粒，并標出得失電子數(shù)。

2. 看環(huán)境，配守恒。在電解質溶液的環(huán)境中要生成穩(wěn)定的電極產(chǎn)物，即H+、OH-、H2O等是否參加反應遵守電荷守恒、質量守恒、電子守恒。

3. 兩式加，驗總式。

二、 燃料電池電極反應式的書寫

電極：惰性電極。

燃料：包含H2、CO、烴（如CH4、C2H6）、醇（如C2H5OH）等。

電解質：①酸性電解質溶液，如H2SO4溶液；②堿性電解質溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物，如Y2O3；④熔融碳酸鹽，如K2CO3等。

方法一：第一步，寫出電池總反應式。

第二步，寫出電池的正極反應式。根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應的物質都是O2，隨著電解質溶液的不同，其電極反應式有所不同。

（1）酸性電解質：O2+4H++4e-2H2O。

（2）堿性電解質：O2+2H2O+4e-4OH-。

（3）固體電解質（高溫下能傳導O2-）：O2+4e-2O2-。

（4）熔融碳酸鹽（如：K2CO3）：O2+2CO2+4e-2CO32-。

第三步，電池的總反應式-電池正極反應式=電池負極反應式。

例1某汽車尾氣分析儀以燃料電池為工作原理測定CO的濃度，其裝置如圖所示，該電池中電解質為氧化釔氧化鈉，其中O2-可以在固體介質NASICON中自由移動。下列關于該電池的說法正確的是（）

A. 該電池工作時電極a應該作正極

B. 電池工作時電流由電極a通過傳感器流向電極b

C. 傳感器中通過的電流越大，尾氣中CO的含量越高

D. 負極的反應式為CO +O2+2e-CO2

解析：由圖可知，通入CO的一極為負極，通入O2的一極為正極，故而A項不正確；原電池中電子從負極流向正極，而電流的方向和電子的方向相反，即電流由電極b通過傳感器流向電極a，B項錯誤；負極消耗CO，則電流越大，傳感器中通過的電子就越多，消耗的CO就越多，尾氣中CO的含量就越高，C項正確；O2可以在固體介質中自由移動，則正極的電極反應式為O2+4e2O2-，總反應式為：2CO +O22CO2，故負極反應式=總反應式-正極反應式，即為CO +O2-2e-CO2，故而D項不正確。

方法二：以CH4的KOH空氣燃料電池為例。首先分析反應中的氧化劑、還原劑、還原產(chǎn)物、氧化產(chǎn)物（對含碳燃料而言，若是堿性介質，則氧化產(chǎn)物為CO2-3，若是酸性介質，則氧化產(chǎn)物為CO2），寫出還原劑-ne-→氧化產(chǎn)物、氧化劑+ne-→還原產(chǎn)物；根據(jù)化合價變化，計算出得失電子的數(shù)目，如CH4-8e-→CO2-3。

例2以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結構示意圖如圖所示，關于該電池的敘述正確的是（）

A. 電池肯定能夠在高溫下工作

B. 放電過程中，H+從負極區(qū)向正極區(qū)遷移

C. 放電過程中，H+從正極區(qū)向負極區(qū)遷移

D. 在電池反應中，每消耗1mol 氧氣，理論上能生成標準狀況下CO2氣體

解析：微生物在高溫下會失去活性，A項錯誤；放電過程中，陽離子從負極向正極遷移，故而B項對，C項錯誤；正極的電極反應式為O2+4H++4e2H2O，則有C6H12O6～6 O2～6CO2～24e-，每消耗1mol 氧氣，理論上生成標準狀況下CO222.4L，D項錯誤。

三、 總結

以上是我對燃料電池中電極反應式的書寫方法的一些小小的建議，希望能對大家有所幫助，如果有所不足的地方還望批評，指正。

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