学习园地多种燃料电池电极反应式的书写

燃料电池是原电池知识的具体应用，是应用前景非常广阔的绿色化学能源，在近几年的高考试卷中相关内容的考查也颇受青睐，尤其是不同环境中电极反应式的书写让很多学生伤透脑筋。为了帮助学生准确把握常见燃料电池电极反应式的书写方法，笔者结合个人的教学实践经验谈谈这方面的问题。

一、常见燃料电池的种类

燃料电池种类繁多，除了氢氧燃料电池，还有熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、金属空气电池等。随着研究的深入还会有新的燃料电池出现。

二、燃料电池电极反应式的书写

1.总反应式的书写

一般可根据燃料的燃烧反应写出燃料电池的总反应式，如氢氧燃料电池的总反应式为2H2+O22H2O。但要注意电解质环境，如在碱性环境中，甲烷燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2OH-CO2-3+3H2O。

2.正极反应式的书写

燃料电池的工作原理遵循氧化还原反应的有关规律，即负极失电子，化合价升高，正极得电子，化合价降低。因此一般正极反应式的书写基础都是O2+4e-2O2-，而O2-的何去何从与电解质环境有关，现将常见四种电解质环境中正极反应式的书写归纳如下。

（1）酸性溶液（如稀硫酸）

在正极O2+4e-2O2-，酸性溶液中2O2-+4H+2H2O，因此正极反应式为O2+4e-+4H+2H2O。

（2）碱性溶液（如氢氧化钾溶液）

在正极O2+4e-2O2-，碱性溶液中2O2-+2H2O4OH-，因此正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-。

这里注意（1）、（2）两种情况均为含水环境。

（3）熔融的碳酸盐为电解质（如熔融K2CO3）

说明：熔融盐燃料电池具有高的发电效率，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为燃气，空气与CO2的混合气体为助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。

在正极O2+4e-2O2-，熔融的碳酸盐中2O2-+2CO22CO2-3，因此正极反应式为O2+4e-+2CO22CO2-3。

（4）固体氧化物为电解质（如固体氧化锆-氧化钇，可传导O2-）

说明：固体氧化物燃料电池是美国西屋（Westinghouse）公司研制开发的。它以固体氧化锆-氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O2-）在其间通过，该电池的工作原理如图1所示，其中多孔电极a、b均不参加电极反应。

正极反应式应为O2+4e-2O2-。

这里注意（3）、（4）两种情况均为非含水环境。

3.负极反应式的书写

负极反应物较简单时负极反应式可直接书写，较复杂时一般采用电极反应加减法。如甲醇燃料电池，电解质为氢氧化钾溶液。总反应式：2CH3OH+3O2+4OH-2CO2-3+6H2O， 正极反应式：O2+4e-+2H2O4OH-。

用总反应式-正极反应式×3=负极反应式，可得负极反应式为2CH3OH-12e-+

16OH-2CO2-3+12H2O

三、难点突破

1.抓住核心

氧气在正极得电子，发生还原反应，燃料在负极失电子，发生氧化反应。

2.重点训练电极反应式书写

（1）确定燃料电池电解质类型。

（2）写出电池总反应式。总反应式可能是燃料燃烧的方程式，也可能是燃料燃烧的方程式和燃烧产物与电解质溶液中某种微粒反应方程式叠加后的式子，但无论哪种情况，都不写点燃条件。

（3）确定氧气在给定环境下正极的反应式。

（4）利用电极反应加减法，写出负极的反应式。

（收稿日期：2014-11-10）