燃料电池中电极反应式的书写方法

杜文原��

摘要：电化学知识历来是高考的必考内容。主要考查原电池及电解池的工作原理、金属的电化学腐蚀等知识，涉及的主要考点有：原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电解质溶液中离子移动方向的判断、外电路中电子的移动方向等。

关键词：电化学；高考；书写

从考查形式上看，电化学知识的命题形式比较灵活，既有选择题又有非选择题。从考查内容上看，对原电池工作原理的考查比对电解池工作原理的考查要多。无论是考查原电池还是电解池，新课标全国卷在命题时一般会给出两极反应物或电极材料，在装置中有交换膜，从而考查电极反应式的书写、电子或离子的移动方向等。而学生在书写电极反应式尤其是燃料电池的电极反应式时容易出错，下面就燃料电池电极反应式的书写方法做一归纳总结。

一、 一般电极反应式的书写

一般电极反应式的书写有三步：

1. 列物质，标得失。先确定原电池的正负极（正、负极均为惰性电极，电极均不参与反应），列出参加反应的微粒，并标出得失电子数。

2. 看环境，配守恒。在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极产物，即H+、OH-、H2O等是否参加反应遵守电荷守恒、质量守恒、电子守恒。

3. 两式加，验总式。

二、 燃料电池电极反应式的书写

电极：惰性电极。

燃料：包含H2、CO、烃（如CH4、C2H6）、醇（如C2H5OH）等。

电解质：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。

方法一：第一步，写出电池总反应式。

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，其电极反应式有所不同。

（1）酸性电解质：O2+4H++4e-2H2O。

（2）碱性电解质：O2+2H2O+4e-4OH-。

（3）固体电解质（高温下能传导O2-）：O2+4e-2O2-。

（4）熔融碳酸盐（如：K2CO3）：O2+2CO2+4e-2CO32-。

第三步，电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。

例1某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇氧化钠，其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列关于该电池的说法正确的是（）

A. 该电池工作时电极a应该作正极

B. 电池工作时电流由电极a通过传感器流向电极b

C. 传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高

D. 负极的反应式为CO +O2+2e-CO2

解析：由图可知，通入CO的一极为负极，通入O2的一极为正极，故而A项不正确；原电池中电子从负极流向正极，而电流的方向和电子的方向相反，即电流由电极b通過传感器流向电极a，B项错误；负极消耗CO，则电流越大，传感器中通过的电子就越多，消耗的CO就越多，尾气中CO的含量就越高，C项正确；O2可以在固体介质中自由移动，则正极的电极反应式为O2+4e2O2-，总反应式为：2CO +O22CO2，故负极反应式=总反应式-正极反应式，即为CO +O2-2e-CO2，故而D项不正确。

方法二：以CH4的KOH空气燃料电池为例。首先分析反应中的氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物（对含碳燃料而言，若是碱性介质，则氧化产物为CO2-3，若是酸性介质，则氧化产物为CO2），写出还原剂-ne-→氧化产物、氧化剂+ne-→还原产物；根据化合价变化，计算出得失电子的数目，如CH4-8e-→CO2-3。

例2以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示，关于该电池的叙述正确的是（）

A. 电池肯定能够在高温下工作

B. 放电过程中，H+从负极区向正极区迁移

C. 放电过程中，H+从正极区向负极区迁移

D. 在电池反应中，每消耗1mol 氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体

解析：微生物在高温下会失去活性，A项错误；放电过程中，阳离子从负极向正极迁移，故而B项对，C项错误；正极的电极反应式为O2+4H++4e2H2O，则有C6H12O6～6 O2～6CO2～24e-，每消耗1mol 氧气，理论上生成标准状况下CO222.4L，D项错误。

三、 总结

以上是我对燃料电池中电极反应式的书写方法的一些小小的建议，希望能对大家有所帮助，如果有所不足的地方还望批评，指正。

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