燃料电池电极反应式的书写 化学电源电极方程式

燃料电池电极反应式的书写

电极：惰性电极。
燃料包含：H2；烃如：CH4；醇如：C2H5OH等。

电解质包含：

①酸性电解质溶液如：H2SO4溶液；

②碱性电解质溶液如：NaOH溶液；

③熔融氧化物如：Y2O3;

④熔融碳酸盐如：K2CO3等。

第一步：写出电池总反应式

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。

如氢氧燃料电池的总反应为：2H₂+O₂=2H₂O；甲烷燃料电池（电解质溶液为NaOH溶液）的反应为：

CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O①

CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O②

①式+②式得燃料电池总反应为：CH₄+2O₂+2NaOH=Na₂CO₃+3H₂O

第二步：写出电池的正极反应式

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O₂，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：

（1）酸性电解质溶液环境下电极反应式：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O

（2）碱性电解质溶液环境下电极反应式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

（3）固体电解质（高温下能传导O^2-）环境下电极反应式：O₂+4e^-=2O^2-

（4）熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下电极反应式：

O2 +2CO2+4e－＝2CO 。

第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式

电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式=电池正极反应式+电池负极反应式

故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O₂。

以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：

1、酸性条件

燃料电池总反应：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O①

燃料电池正极反应：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O②

①-②×2，得燃料电池负极反应：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺

2、碱性条件

燃料电池总反应：CH₄+20₂+2NaOH=Na₂CO₃+3H₂O①

燃料电池正极反应：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-②

①-②×2，得燃料电池负极反应：CH₄+10OH^--8e^-=CO+7H₂O

3、固体电解质（高温下能传导O2^-）

燃料电池总反应：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O①

燃料电池正极反应：O₂+4e^-=20^2-②

①-②×2，得燃料电池负极反应：CH₄+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O

4，熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下

电池总反应：CH4+2O2＝CO2+2H2O。正极电极反应式：O2+2CO2+4e－＝2CO。电池总反应-正极电极反应式得负极反应式：CH4+4CO -8e－=

5CO2+2H2O

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