加离补分法

沙德芳

[摘要]

燃料电池电极反应式的书写

是学生平时练习和考试中易出错的知识点，用“加离补分法”书写燃料电池的电极反应式，可有效提高书写的速度和准确性，值得推广。

[关键词]电极反应式；加离补分法；加离子；补分子

[中图分类号]G633.8[文献标识码]A[文章编号]16746058（2018）05006002

电化学中电极反应式的书写不仅是电化学教学的重点和难点，更是高考的热点题型之一，其中，燃料电池电极反应式的书写又是电极反应式书写中的难点。笔者根据自己的教学实践，归纳总结出了燃料电池电极反应式书写的新方法——“加离补分法”。下面就此方法进行较为详尽的介绍，旨在抛砖引玉。

“加离补分法”书写燃料电池电极反应式的步骤：

1.写出燃料燃烧反应的化学方程式。

2.根据电解液改写燃料电池的总反应式（是离子反应的写离子方程式）。

3.用双线桥分析总反应方程式，确定氧化反应、还原反应以及反应中转移的电子数目。

4.添加电解液中参与正、负电极反应但在总反应中又约去不体现的隐藏离子。添加离子时，选用离子的原则是：选用电解质中能参与电极反应的离子（如：酸性电解质溶液中的H+；碱性电解质溶液中的OH-等）。注意添加离子的物质的量与其所带电荷数的乘积的绝对值等于总反应中转移的电子总数，且方程式左右同等添

加该离子。

5.将添加离子后的总反应拆写为正、负极反应式，再根据原子守恒的需要给两极反应同等补充合适的分子。（注：上步添加的离子若是阳离子，则该离子参加正极反应并在负极反应中生成，拆写时，一般先拆写出负极反应式并根据负极反应式中原子守恒的需要补合适的分子较为容易；添加的离子若是阴离子，则该离子参加负极反应并在正极反应中生成，拆写时，一般先拆写出正极反应式并根据正极反应式中原子守恒的需要补合适的分子较为容易。）下面以甲烷-空气燃料电池为例，详细介绍此方法。

【例1】甲烷-空气燃料电池。

（1）若电解质为稀硫酸

CH4燃烧方程式即是该电池总反应式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由双线桥分析可知反应中转移电子8e-。

说明：

①添加离子：双线桥分析可知反应中转移电子8e-，根据电荷守恒为H+添加系数8。

②拆写：将氧化反应拆写成负极反应式（8H+在负极生成），还原反應改写成正极反应式。

③补分子：根据负极反应的原子守恒需要和体系环境选择合适的分子（2H2O），且正极同等补加。

④整理、检查：原子、电荷是否守恒；“=”“↑”“↓”的使用等。

（2）若电解质为KOH溶液

先写出CH4燃烧反应方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O，还需考虑产物CO2能与电解质KOH溶液反应：CO2+2KOH=K2CO3+H2O，合并得总反应式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，改写成离子方程式：CH4+2O2+2OH-=CO2-3+3H2O，由双线桥分析可知反应中转移电子8e-。

（3）若电解质为熔融碳酸盐（如熔融K2CO3），正极充入CO2与O2的混合气体

CH4燃烧方程式即是该电池总反应式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由双线桥分析可知反应中转移电子8e-。

（4）若电解质为固体ZrO2（可传导O2-）

CH4燃烧方程式即是该电池总反应式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由双线桥分析可知反应中转移电子8e-。

说明：①书写电池总反应式时要考虑燃料燃烧产物与环境介质有无反应。如：产物中+4价碳元素在酸性环境下以CO2形式存在，在碱性环境下以CO2-3形式存在。②燃料电池中可燃物质在负极放电，助燃气体（O2）在正极放电。③燃料电池总反应转移电子数目可以根据反应中O2的得电子数目来确定；若负极放电的燃料是有机物，则有机物中碳元素化合价升高总数即为失去的电子总数（有机物中碳元素化合价确定方法：将有机化合物写成分子形式，先标定氢的化合价为+1价、氧的化合价为-2价，最后根据化合物中元素化合价代数和为零的原则标出碳元素化合价。如：乙醇C2H6O中碳为-2价，葡萄糖C6H12O6中碳为0价）。

学会“加离补分法”书写燃料电池电极反应式后，我们还可以把此方法应用在某些二次电源的电极反应式的书写中。

【例2】镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：

Cd+2NiOOH+2H2O放电充电Cd（OH）2+2Ni（OH）2，写出该电池放电时电极反应式。

由双线桥分析可知反应中转移电子2e-。

【

练习】据报道，摩托罗拉公司的一种以甲醇（CH3OH）为原料、以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可持续使用一个月。（1）写出该电池的负极反应式；（2）若将KOH的碱性反应环境变为酸性环境，则该电池的负极反应式为；（3）若以熔融的K2CO3为电解质，阳极充入CO2与O2的混合气体，试写出该燃料电池的电极反应式。

参考答案（1）CH3OH-6e-+8OH-=CO2-3+6H2O；（2）CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

（3）负极：2CH3OH-12e-+6CO2-3=8CO2+4H2O；正极：3O2+12e-+6CO2=6CO2-3

（责任编辑罗艳）