高中化学需要掌握的8个燃料电池的方程式

高中化学需要掌握的8个燃料电池的方程式

几种常见的“燃料电池”的电极反应式的书写
燃料电池是原电池中一种比较特殊的电池,它与原电池形成条件有一点相悖,就是不一定两极是两根活动性不同的电极,也可以用相同的两根电极.燃料电池有很多,下面主要介绍几种常见的燃料电池,希望达到举一反三的目的.
一、氢氧燃料电池
氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料,负极通入H2,正极通入 O2,
总反应为：2H2 + O2 === 2H2O
电极反应特别要注意电解质,有下列三种情况：
1．电解质是KOH溶液（碱性电解质）
负极发生的反应为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以：
负极的电极反应式为：H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O；
正极是O2得到电子,即：O2 + 4e- === 2O2- ,O2- 在碱性条件下不能单独存在,只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O === 4OH- ,因此,
正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- .
2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）
负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+
正极是O2得到电子,即：O2 + 4e- === 2O2- ,O2- 在酸性条件下不能单独存在,只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ === H2O,因此
正极的电极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ,2O2- + 4H+ === 2H2O)
3.电解质是NaCl溶液（中性电解质）
负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+
正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH-
说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+
2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH-
3.中性溶液反应物中无H+ 和OH-
4.水溶液中不能出现O2-
二、甲醇燃料电池
甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质：
1． 碱性电解质（KOH溶液为例）
总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O
正极的电极反应式为：3O2+12e- + 6H20===12OH-
负极的电极反应式为：CH4O -6e-+8OH- === CO32-+ 6H2O
2.酸性电解质（H2SO4溶液为例）
总反应:2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O
正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+ === 6H2O
负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2
说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同
三、甲烷燃料电池
甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH,生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3,所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O.
负极发生的反应：CH4 – 8e- + 8OH- ==CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- == CO32- + H2O,所以：
负极的电极反应式为：CH4 + 10 OH- + 8e- === CO32- + 7H2O
正极发生的反应有：O2 + 4e- === 2O2- 和O2- + H2O === 2OH- 所以：
正极的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-
说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式,就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式
四、 铝–空气–海水电池
我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯,以海水为电解质,靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流.只要把灯放入海水中数分钟,就会发出耀眼的白光.
电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料.
负极的电极反应式为：4Al－12e－===4Al3+；
正极的电极反应式为：3O2+6H2O+12e－===12OH－
总反应式为：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3
说明:铝板要及时更换,铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积.
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