沙德芳

[摘要]

燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)

是學(xué)生平時(shí)練習(xí)和考試中易出錯(cuò)的知識(shí)點(diǎn)，用“加離補(bǔ)分法”書(shū)寫(xiě)燃料電池的電極反應(yīng)式，可有效提高書(shū)寫(xiě)的速度和準(zhǔn)確性，值得推廣。

[關(guān)鍵詞]電極反應(yīng)式；加離補(bǔ)分法；加離子；補(bǔ)分子

[中圖分類號(hào)]G633.8[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]16746058（2018）05006002

電化學(xué)中電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)不僅是電化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，更是高考的熱點(diǎn)題型之一，其中，燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)又是電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)中的難點(diǎn)。筆者根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)踐，歸納總結(jié)出了燃料電池電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)的新方法——“加離補(bǔ)分法”。下面就此方法進(jìn)行較為詳盡的介紹，旨在拋磚引玉。

“加離補(bǔ)分法”書(shū)寫(xiě)燃料電池電極反應(yīng)式的步驟：

1.寫(xiě)出燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)方程式。

2.根據(jù)電解液改寫(xiě)燃料電池的總反應(yīng)式（是離子反應(yīng)的寫(xiě)離子方程式）。

3.用雙線橋分析總反應(yīng)方程式，確定氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)以及反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目。

4.添加電解液中參與正、負(fù)電極反應(yīng)但在總反應(yīng)中又約去不體現(xiàn)的隱藏離子。添加離子時(shí)，選用離子的原則是：選用電解質(zhì)中能參與電極反應(yīng)的離子（如：酸性電解質(zhì)溶液中的H+；堿性電解質(zhì)溶液中的OH-等）。注意添加離子的物質(zhì)的量與其所帶電荷數(shù)的乘積的絕對(duì)值等于總反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)，且方程式左右同等添

加該離子。

5.將添加離子后的總反應(yīng)拆寫(xiě)為正、負(fù)極反應(yīng)式，再根據(jù)原子守恒的需要給兩極反應(yīng)同等補(bǔ)充合適的分子。（注：上步添加的離子若是陽(yáng)離子，則該離子參加正極反應(yīng)并在負(fù)極反應(yīng)中生成，拆寫(xiě)時(shí)，一般先拆寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式并根據(jù)負(fù)極反應(yīng)式中原子守恒的需要補(bǔ)合適的分子較為容易；添加的離子若是陰離子，則該離子參加負(fù)極反應(yīng)并在正極反應(yīng)中生成，拆寫(xiě)時(shí)，一般先拆寫(xiě)出正極反應(yīng)式并根據(jù)正極反應(yīng)式中原子守恒的需要補(bǔ)合適的分子較為容易。）下面以甲烷-空氣燃料電池為例，詳細(xì)介紹此方法。

【例1】甲烷-空氣燃料電池。

（1）若電解質(zhì)為稀硫酸

CH4燃燒方程式即是該電池總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由雙線橋分析可知反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子8e-。

說(shuō)明：

①添加離子：雙線橋分析可知反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子8e-，根據(jù)電荷守恒為H+添加系數(shù)8。

②拆寫(xiě)：將氧化反應(yīng)拆寫(xiě)成負(fù)極反應(yīng)式（8H+在負(fù)極生成），還原反應(yīng)改寫(xiě)成正極反應(yīng)式。

③補(bǔ)分子：根據(jù)負(fù)極反應(yīng)的原子守恒需要和體系環(huán)境選擇合適的分子（2H2O），且正極同等補(bǔ)加。

④整理、檢查：原子、電荷是否守恒；“=”“↑”“↓”的使用等。

（2）若電解質(zhì)為KOH溶液

先寫(xiě)出CH4燃燒反應(yīng)方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O，還需考慮產(chǎn)物CO2能與電解質(zhì)KOH溶液反應(yīng)：CO2+2KOH=K2CO3+H2O，合并得總反應(yīng)式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，改寫(xiě)成離子方程式：CH4+2O2+2OH-=CO2-3+3H2O，由雙線橋分析可知反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子8e-。

（3）若電解質(zhì)為熔融碳酸鹽（如熔融K2CO3），正極充入CO2與O2的混合氣體

CH4燃燒方程式即是該電池總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由雙線橋分析可知反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子8e-。

（4）若電解質(zhì)為固體ZrO2（可傳導(dǎo)O2-）

CH4燃燒方程式即是該電池總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由雙線橋分析可知反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子8e-。

說(shuō)明：①書(shū)寫(xiě)電池總反應(yīng)式時(shí)要考慮燃料燃燒產(chǎn)物與環(huán)境介質(zhì)有無(wú)反應(yīng)。如：產(chǎn)物中+4價(jià)碳元素在酸性環(huán)境下以CO2形式存在，在堿性環(huán)境下以CO2-3形式存在。②燃料電池中可燃物質(zhì)在負(fù)極放電，助燃?xì)怏w（O2）在正極放電。③燃料電池總反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)目可以根據(jù)反應(yīng)中O2的得電子數(shù)目來(lái)確定；若負(fù)極放電的燃料是有機(jī)物，則有機(jī)物中碳元素化合價(jià)升高總數(shù)即為失去的電子總數(shù)（有機(jī)物中碳元素化合價(jià)確定方法：將有機(jī)化合物寫(xiě)成分子形式，先標(biāo)定氫的化合價(jià)為+1價(jià)、氧的化合價(jià)為-2價(jià)，最后根據(jù)化合物中元素化合價(jià)代數(shù)和為零的原則標(biāo)出碳元素化合價(jià)。如：乙醇C2H6O中碳為-2價(jià)，葡萄糖C6H12O6中碳為0價(jià)）。

學(xué)會(huì)“加離補(bǔ)分法”書(shū)寫(xiě)燃料電池電極反應(yīng)式后，我們還可以把此方法應(yīng)用在某些二次電源的電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)中。

【例2】鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行：

Cd+2NiOOH+2H2O放電充電Cd（OH）2+2Ni（OH）2，寫(xiě)出該電池放電時(shí)電極反應(yīng)式。

由雙線橋分析可知反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子2e-。

【

練習(xí)】據(jù)報(bào)道，摩托羅拉公司的一種以甲醇（CH3OH）為原料、以KOH為電解質(zhì)的用于手機(jī)的可充電的高效燃料電池，充一次電可持續(xù)使用一個(gè)月。（1）寫(xiě)出該電池的負(fù)極反應(yīng)式；（2）若將KOH的堿性反應(yīng)環(huán)境變?yōu)樗嵝原h(huán)境，則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為；（3）若以熔融的K2CO3為電解質(zhì)，陽(yáng)極充入CO2與O2的混合氣體，試寫(xiě)出該燃料電池的電極反應(yīng)式。

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

（3）負(fù)極：2CH3OH-12e-+6CO2-3=8CO2+4H2O；正極：3O2+12e-+6CO2=6CO2-3

（責(zé)任編輯羅艷）