高考燃料电池电极反应的书写归类.doc

发表期刊：《中学生理化报》 2008年第12期

高考燃料电池电极反应式的书写归类
燃料电池常用作新型无污染、无噪音、高效率的汽车动力和发电设备，被称为二十一世纪的“绿色电源”。燃料电池的电极是由通入气体的成分来决定的。负极通入可燃物，发生氧化反应；正极通入空气或氧气，发生还原反应。由此原理可知：正极反应基本固定，可表示为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－,但此反应受电解质的影响需写成3种不同的形式（下述）。负极反应式直接书写较为困难，可间接书写。综上，燃料电池电极反应的书写可简单概括为：先根据电解质写出正极反应式，再在电子守恒的基础上用正确的总反应式减去正极反应式即得负极反应式。
很明显，电极反应式的书写受电解质的影响，现归类如下：
一、电解质溶液呈中性或碱性
由于OH－可在中性或碱性电解质溶液中独立存在，故此时正极反应式不变：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
例1．（2008年北京高考）据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关电池的叙述不正确的是（ ）
A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．工作一段时间后，电解液中的KOH的物质的量不变
C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2===2H2O
D．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准状况)时，有0.1mol电子转移
解析：此题电解质为碱性，因此A、C两项正确，由C知此反应并不消耗OH－故B正确，根据氯气的量以及通过电路的电量可知D不对。
二、电解质溶液呈酸性
由于OH－不能在酸性环境中独立存在，能和H+反应：OH－+H+=H2O，和 O2＋2H2O＋4e－===4OH－叠加抵消OH－即得酸性电解质溶液时的正极反应式：O2+4H++4 e－=2H2O。
例2．（2008年宁夏高考题改编）一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与
氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是 。
解析：甲醇与氧气反应的化学方程式为：2CH3OH＋3O22CO2＋4H2O，再将酸性环境的正极反应式系数乘以3保持电子守恒得：3O2+12H++12 e－=8H2O，二式叠加抵消O2得该极上的电极反应式为：CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e－。
三、电解质为熔融碳酸盐
此种情况往往通入的是空气和二氧化碳的混合气体，此时电极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－中的OH－和CO2继续反应：2OH-+ CO2=CO32-+H2O，叠加二式即得熔融碳酸盐电解质环境下的正极反应式：O2+2CO2+4 e－=2CO32-。
例3．（2008年山东高考题改编）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷。电解质是熔融碳酸盐。负极反应式为 。
解析：熔融碳酸盐环境中总反应即为丙烷燃烧：C3H8+5O2=3CO2+4H2O，再将正极反应式系数乘以5保持电子守恒得：5O2+10CO2+20 e－=10CO32-，二式叠加抵消O2得负极反应式：
C3H8+10CO32-—20 e－=13CO2+4H2O