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《燃料电池电池、各电极反应方程式的直接书写法》 邓玉豪 北京科技大学 大学化学课堂创新
燃料电池电池、各电极反应方程式的直接书写法
邓玉豪
(北京科技大学化学与生物工程学院 北京 100083)
大学化学课堂思考创新
【摘要】 文章详细介绍了一种直接、简便书写燃料电池各电极反应方程式和电
池总反应方程式的方法,以供各老师教学与学生学习参考。
【关键词】燃料电池 电极反应方程式 直接书写法
燃料电池是一种不经过燃烧,将燃料的化学能经过电化学反应直接转变为电
能的装置。实用的燃料电池常用做新型无污染、无噪音、高效率的汽车动力和发
[1]
电设备,被称为二十一世纪的“绿色电源”。 关于电极反应方程式的书写一直是
考察的重点与难点。以往在书写负极反应电极方程式的时候都是采用先书写总电
池反应方程式,然后再书写负极反应电极方程式,然后再用总方程式减去负极的
电极方程式,但是题目中往往是只需要写出负极方程式,这种减—减法的书写浪
费了时间,特别是在书写复杂方程式的时候在相减的时候也容易出错。本文介绍
了直接书写法,根据本法可以直接、迅速、准确写出负极电极反应方程式、正极
电极反应方程式和总电池反应方程式。
1 对燃料电池反应的分析
1.1 电子转移数目的分析
通入可燃物的一极为负极,可燃物在该电极上发生氧化反应;通入空气或氧
气的一极为正极,氧气在该电极上发生还原反应。所有燃料电池的工作原理基本
上都是一样的,其电极反应式的书写也同样是有规律可循的。
- +
燃料中的氢元素在产物中的存在形态是OH ,H 或者H O 中的H,生成物
2
中的H 元素都是显+1价的;燃料电池中的氧元素在产物中的存在形态是H O,
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OH或者O 等,生成物中氧元素都是显-2 价的。燃料电池中的C 元素在产物中
2-
的存在形态是CO 或者CO ,生成物中的碳元素都是显+4 价的。
2 3
要确定电极反应转移多少电子还需要对反应物中元素价态进行分析。对于正
极的O ,氧元素是0价,氧元素从0价变为-2 价,所以一个O 分子得到4 个电
2 2
子。对于负极中的燃料如何分析呢?对于H2,氢元素化合价是0价,氢元素从
0价变为+1价,所以一个H 分子失去2 个电子;对于CO,把氧元素看作-2 价,
2
碳元素为+2 价,碳从+2 价变为+4 价,一个CO分子失去2 个电子;对于CH4,
由于只需要研究转移电子的数目,这样可以把氢元素看作+1价,这时碳元素则
为-4价,碳元素从-4价变为+4价,一个CH4分子失去8个电子;对于CH CH OH,
3 2
由于只需要确定转移电子的数目,这个时候可以把氢元素看作+1价,把氧元素
看作-2 价,则碳元素为-2 价,这样只需要计算C 元素的化合价变化就可以计算
出电极转移的电子数目,碳从-2 价变为+4 价,一个CH CH OH 分子失去12 个
3 2
电子。
1.2 生成物形态的分析
燃料电池的反应物在不同的电解质体系中会以不同的形式存在,在书写正极
反应式时,要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。
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