高中化學需要掌握的8個燃料電池的方程式

燃料電池

是原電池中一種比較特殊的電池，它與原電池形成條件有一點相悖，就是不一定兩極是兩根活動性不同的電極，也可以用相同的兩根電極。燃料電池有很多，下面主要介紹幾種常見的燃料電池，希望達到舉一反三的目的。

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，負極通入H2，正極通入 O2，總反應為：2H2+ O2 = 2H2O。電極反應特別要注意電解質，有下列三種情況：

1．電解質是KOH溶液（鹼性電解質）

負極發生的反應為：H2– 2e- = 2H+ ，2H+ + 2OH- = 2H2O,所以：負極的電極反應式為：H2– 2e- + 2OH- = 2H2O；

正極是O2得到電子，即：2O2 + 4e-= 2O2- ，O2- 在鹼性條件下不能單獨存在，只能結合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O = 4OH- ，因此，正極的電極反應式為：O2+ H2O + 4e- = 4OH- 。

2．電解質是H2SO4溶液（酸性電解質）

負極的電極反應式為：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存在，只能結合H+生成H2O即：O2- + 2H+ =H2O，因此正極的電極反應式為：O2+ 4H+ + 4e- = 2H2O

3. 電解質是NaCl溶液（中性電解質）

負極的電極反應式為：H2– 2e- = 2H+

正極的電極反應式為：O2+ H2O + 4e- = 4OH-

說明：

1.鹼性溶液反應物、生成物中均無H+

2.酸性溶液反應物、生成物中均無OH-

3.中性溶液反應物中無H+和OH-

4.水溶液中不能出現O2-

二、甲烷燃料電池

甲烷燃料電池以多孔鎳板為兩極,電解質溶液為KOH，生成的CO2還要與KOH反應生成K2CO3，所以總反應為：CH4 + 2KOH+ 2O2 = K2CO3+ 3H2O。

負極發生的反應：CH4– 8e- + 8OH- =CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- = CO32-+ H2O，所以：

負極的電極反應式為：CH4+ 10 OH- + 8e- = CO32- + 7H2O

正極發生的反應有：O2+ 4e- = 2O2- 和O2- + H2O = 2OH- 所以：

正極的電極反應式為：O2+ 2H2O + 4e- = 4OH-

說明：掌握了甲烷燃料電池的電極反應式，就掌握了其它氣態烴燃料電池的電極反應式。

三、甲醇燃料電池

甲醇燃料電池以鉑為兩極,用鹼或酸作為電解質：

1．鹼性電解質（KOH溶液為例）

總反應式：2CH3OH+ 3O2 +4KOH= 2K2CO3 + 6H2O

正極的電極反應式為：3O2+12e-+ 6H2O=12OH-

負極的電極反應式為：CH3OH-6e-+8OH- = CO32-+ 6H2O

2. 酸性電解質（H2SO4溶液為例）

總反應: 2 CH3OH+ 3O2 = 2CO2 + 4H2O

正極的電極反應式為：3O2+12e-+12H+= 6H2O

負極的電極反應式為：2 CH3OH-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

四、 鋁–空氣–海水電池

我國首創以鋁–空氣–海水電池作為能源的新型海水標誌燈，以海水為電解質，靠空氣中的氧氣使鋁不斷被氧化而產生電流。只要把燈放入海水中數分鐘，就會發出耀眼的白光。

電源負極材料為：鋁；電源正極材料為：石墨、鉑網等能導電的惰性材料。

負極的電極反應式為：

4Al－12e－=4Al3+；

正極的電極反應式為：

3O2+6H2O+12e－=12OH－

總反應式為：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3

說明:鋁板要及時更換,鉑做成網狀是為了增大與氧氣的接觸面積。

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