高中化學(xué)各種常見的燃料電池的電級方程式

【專家解說】：一、氫氧燃料電池 氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑(Pt)或石墨做電極材料，負(fù)極通入H2，正極通入 O2， 總反應(yīng)為:2H2 + O2 === 2H2O 電極反應(yīng)特別要注意電解質(zhì)，有下列三種情況: 1.電解質(zhì)是KOH溶液(堿性電解質(zhì)) 負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為:H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以: 負(fù)極的電極反應(yīng)式為:H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O; 正極是O2得到電子，即:O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在堿性條件下不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合H2O生成OH-即:2O2- + 2H2O === 4OH- ，因此， 正極的電極反應(yīng)式為:O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。 2.電解質(zhì)是H2SO4溶液(酸性電解質(zhì)) 負(fù)極的電極反應(yīng)式為:H2 +2e- === 2H+ 正極是O2得到電子，即:O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性條件下不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合H+生成H2O即:O2- + 2 H+ === H2O，因此 正極的電極反應(yīng)式為:O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ，2O2- + 4H+ === 2H2O) 3. 電解質(zhì)是NaCl溶液(中性電解質(zhì)) 負(fù)極的電極反應(yīng)式為:H2 +2e- === 2H+ 正極的電極反應(yīng)式為:O2 + H2O + 4e- === 4OH- 說明:1.堿性溶液反應(yīng)物、生成物中均無H+ 2.酸性溶液反應(yīng)物、生成物中均無OH- 3.中性溶液反應(yīng)物中無H+ 和OH- 4.水溶液中不能出現(xiàn)O2- 二、甲醇燃料電池 甲醇燃料電池以鉑為兩極,用堿或酸作為電解質(zhì): 1. 堿性電解質(zhì)(KOH溶液為例) 總反應(yīng)式:2CH4O + 3O2 +4KOH === 2K2CO3 + 6H2O 正極的電極反應(yīng)式為:3O2+12e- + 6H20===12OH- 負(fù)極的電極反應(yīng)式為:CH4O -6e-+8OH- === CO32- + 6H2O 2. 酸性電解質(zhì)(H2SO4溶液為例) 總反應(yīng): 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O 正極的電極反應(yīng)式為:3O2+12e-+12H+ === 6H2O 負(fù)極的電極反應(yīng)式為:2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2 說明:乙醇燃料電池與甲醇燃料電池原理基本相同 三、甲烷燃料電池 甲烷燃料電池以多孔鎳板為兩極,電解質(zhì)溶液為KOH，生成的CO2還要與KOH反應(yīng)生成K2CO3，所以總反應(yīng)為:CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O。 負(fù)極發(fā)生的反應(yīng):CH4 – 8e- + 8OH- ==CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- == CO32- + H2O，所以: 負(fù)極的電極反應(yīng)式為:CH4 + 10 OH- + 8e- === CO32- + 7H2O 正極發(fā)生的反應(yīng)有:O2 + 4e- === 2O2- 和O2- + H2O === 2OH- 所以: 正極的電極反應(yīng)式為:O2 + 2H2O + 4e- === 4OH- 說明:掌握了甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式，就掌握了其它氣態(tài)烴燃料電池的電極反應(yīng)式 四、鋁–空氣–海水電池 我國首創(chuàng)以鋁–空氣–海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷被氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光。 電源負(fù)極材料為:鋁;電源正極材料為:石墨、鉑網(wǎng)等能導(dǎo)電的惰性材料。 負(fù)極的電極反應(yīng)式為:4Al-12e-===4Al3+; 正極的電極反應(yīng)式為:3O2+6H2O+12e-===12OH- 總反應(yīng)式為:4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3 說明:鋁板要及時(shí)更換, 鉑做成網(wǎng)狀是為了增大與氧氣的接觸面積.