燃料電池電極反應(yīng)書寫方法總結(jié).doc

_燃料電池電極反應(yīng)式書寫“五步曲”張耀峰 黨茹原電池知識(shí)是中學(xué)化學(xué)中的重要基本概念，也是近年來(lái)高考的熱點(diǎn)，更是學(xué)生心目中的難點(diǎn)，在學(xué)習(xí)原電池時(shí)，學(xué)生尤其感到困惑的是電極反應(yīng)式的書寫，特別是燃料電池的電極反應(yīng)式的書寫，學(xué)生在學(xué)習(xí)此塊知識(shí)時(shí)，往往問(wèn)題百出，從而對(duì)化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)熱情大大減少，為了幫助同學(xué)們準(zhǔn)確把握這類電池的電極反應(yīng)式的寫法，我結(jié)合自己的十年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此方面的知識(shí)進(jìn)行一個(gè)歸納總結(jié)，僅供大家參考。一燃料電池介紹燃料電池是一種主要透過(guò)氧或其他氧化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的電池。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來(lái)，它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”，而是一個(gè)“發(fā)電廠”。燃料電池有別于原電池，因?yàn)樾枰g定的氧和燃料來(lái)源，以確保其運(yùn)作供電。此電池的優(yōu)點(diǎn)是可以提供不間斷的穩(wěn)定電力，直至燃料耗盡。最常見的燃料電池就是氫氧燃料電池及一些有機(jī)物燃料電池。二燃料電池中O2-的處理方法總結(jié)首先要明白的是燃料電池在書寫的過(guò)程中要區(qū)分電解質(zhì)溶液的區(qū)別，在酸性，堿性，熔融固態(tài)氧化物及熔融碳酸鹽四種不同的介質(zhì)中，電極反應(yīng)式書寫不同，這里涉及到O2-的處理方式： 1.酸性介質(zhì)：O2-+2H+=H2O 2. 堿性介質(zhì)：O2-+H2O=2OH- 3.熔融碳酸鹽介質(zhì)：O2-+CO2 = CO32- 4.熔融固態(tài)氧化物介質(zhì)：O2-不作處理三燃料電池在不同介質(zhì)中正極電極反應(yīng)式書寫匯總 在掌握O2-在不同介質(zhì)中的處理方式以后，書寫燃料電池的正極反應(yīng)就變得非常容易，需要明白的是所有的燃料電池正極都發(fā)生還原反應(yīng)，而且在同一介質(zhì)中，正極反應(yīng)的書寫完全相同，下面是對(duì)正極反應(yīng)式的書寫匯總，大家可以結(jié)合以上O2-的處理方式進(jìn)行理解 1.酸性（質(zhì)子交換膜）燃料電池： O2+4e-+4H+=2H202.堿性燃料電池： O2+4e-+2H20=4OH- 3.熔融碳酸鹽燃料電池：O2+4e-+2CO2 =2CO32-4.熔融固態(tài)氧化物燃料電池：O2+4e-= 2O2-四燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)式書寫“五步曲”，以上燃料電池正極電極反應(yīng)我們根據(jù)O2-在不同介質(zhì)中的處理方式很容易寫出，而負(fù)極電極反應(yīng)式的書寫可能會(huì)有難度，我今天要講兩種方法書寫，第一種方法就是大多數(shù)同學(xué)能夠掌握的總反應(yīng)方程式減正極電極反應(yīng)即為負(fù)極電極反應(yīng)，而對(duì)于此方法存在的弊端之一就是有的同學(xué)不能夠準(zhǔn)確寫出總反應(yīng)方程式，弊端之二就是有的學(xué)生在減法過(guò)程中或者移項(xiàng)過(guò)程中由于粗心大意出現(xiàn)錯(cuò)誤，我今天介紹的第二種方法很好的避免了這些問(wèn)題，這就是我接下來(lái)所要講的“五步曲”， “五步曲”的應(yīng)用主要是在有機(jī)燃料電池，對(duì)于氫氧燃料電極反應(yīng)式較簡(jiǎn)單，在這里不作說(shuō)明。 確定負(fù)極材料，即為電池中的燃料；（2）確定燃燒后的產(chǎn)物：在酸性介質(zhì)，熔融固態(tài)氧化物介質(zhì)以及熔融碳酸鹽介質(zhì)中中為CO2，堿性介質(zhì)中為CO32-；（3）確定電子轉(zhuǎn)移數(shù)；由燃料中的C的價(jià)態(tài)變?yōu)?產(chǎn)物（CO2 或CO32- ）中C的價(jià)態(tài)，化合價(jià)升高多少，則失去多少個(gè)e-（4）電荷守恒；在酸性介質(zhì)中，以H+為中間體進(jìn)行配平，使左右兩邊電荷守恒，堿性介質(zhì)中，以O(shè)H-為中間體進(jìn)行配平，熔融碳酸鹽介質(zhì)中以CO32-為中間體進(jìn)行配平，熔融固態(tài)氧化物介質(zhì)中以O(shè)2-為中間體進(jìn)行配平（5）氫氧守恒：使左右兩邊H和O個(gè)數(shù)相等，以H2O為載體進(jìn)行配平。下面就以甲烷燃料為例進(jìn)行“五步曲”的練習(xí) 1.酸性（質(zhì)子交換膜）燃料電池：CH4 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+2.堿性燃料電池：CH4 8e-+ 10OH- = CO32- + 7H2O3.熔融碳酸鹽燃料電池：CH4 8e- + 4CO32- =5CO2+ 2H2O4.熔融固態(tài)氧化物燃料電池：CH4 8e-+4O2-=CO2+ 2H2O以上符號(hào)分別代表“五步曲”中的每一步，具體解析如下：確定負(fù)極材料，即CH4；確定燃燒后的產(chǎn)物，在，堿性介質(zhì)中為CO32-，在其他三種介質(zhì)中為CO2確定電子轉(zhuǎn)移數(shù)；如上CH4的C由-4價(jià)變?yōu)?CO2 或CO32- 中C的+4價(jià)，化合價(jià)升高8，則失去8e-電荷守恒；如上酸性介質(zhì)中左邊失去8e-，右邊必然要帶8個(gè)單位正電荷，所以加8H+；堿性介質(zhì)中，左邊失去8e-，右邊帶兩個(gè)單位負(fù)電荷，所以在左邊加10OH-使左右兩邊電荷守恒；在熔融碳酸鹽介質(zhì)中左邊失去8e-，則在左邊加4CO32-使電荷守恒；在熔融固態(tài)氧化物介質(zhì)中左邊失去8e-，則在左邊加4O2-使左右兩邊電荷守恒。氫氧守恒：如上酸性介質(zhì)中右邊8H，20，左邊4H，使氫氧守恒，所以左邊加2H2O；堿性介質(zhì)中左邊10 O，14H,右邊3 O，使氫氧守恒，所以右邊加7H2O；同理，另外兩種介質(zhì)中分別加2H2O使氫氧守恒。 【小試牛刀】 請(qǐng)寫出甲醇燃料電池在不同介質(zhì)中的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)方程式 （答案附下頁(yè)）【答案解析】CH3OH燃料電池酸性介質(zhì)：正極(還原反應(yīng))：O2+4e-+4H+=2H20負(fù)極（氧化反應(yīng)）：CH3OH 6e- + H2O = CO2 + 6H+總反應(yīng)方程式：2CH3OH + 3O2= 2CO2 +4H2O堿性介質(zhì)：正極(還原反應(yīng))：O2+4e-+2H20=4OH-負(fù)極（氧化反應(yīng)）：CH3OH 6e-+ 8OH- = CO32- + 6H2O總反應(yīng)方程式：2CH3OH+3O2+4OH-= 2CO32- + 6H2O熔融碳酸鹽介質(zhì)：正極(還原反應(yīng)) O2+4e-+2CO2 =2 CO32-負(fù)極（氧化反應(yīng)）：CH3OH 6e-+ 3 CO32- =4CO2 + 2H2O總反應(yīng)方程式：2CH3OH+3O2=2CO2 +4H2O熔融固態(tài)氧化物介質(zhì)：正極(還原反應(yīng)) O2+4e-= 2O