燃料电池电极反应式书写方法与学习方法

燃料电池电极反应式书写方法与学习方法

　　燃料电池是现代社会中具有广阔发展前景的新能源，具有能量转换效率高、洁净无污染等特点，因此，燃料电池电极反应式的书写成了各省、市高考的热点。小编在此整理了相关资料，希望能帮助到大家。

　　燃料电池电极反应式书写方法

　　法一：常用方法

　　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。 本文来自化学自习室!

　　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。 本文来自化学自习室!

　　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 本文来自化学自习室!

　　本文来自化学自习室!

　　第二步：写出电池的正极反应式 本文来自化学自习室!

　　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O2-)环境下电极反应式：

　　O2+4e-=O2-

　　(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：

　　O2+2CO2+4e-=2CO32- 。

　　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-) 本文来自化学自习室!

　　燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①

　　燃料电池正极反应：O2+4e-=2O2-②

　　①-②×2，得燃料电池负极反应：

　　CH4+O2--8e-=CO2+2H2O

　　4，熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下 本文来自化学自习室!

　　电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O。

　　正极电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32- 。 本文来自化学自习室!

　　电池总反应-正极电极反应式得负极反应式：

　　CH4+4CO32- -8e-=5CO2+2H2O

　　法二：“碳氢归属法”和“电荷守恒法”

　　碳氢归属法

　　根据碳氢元素的归属配平反应式：碳变成二氧化碳或是碳酸盐，氢变成水或氢离子或是氢氧根，还要考虑产物是否与电解质溶液反应。

　　如果有机燃料中还含有氧元素(如C2H5OH)，我们只需要这样处理：把C2H5OH分子式写成C2H4H2O，这样我们就可以把C2H5OH看成是C2H4，但在最后的电极反应式还需这样修改，酸性条件反应物中水少一分子，碱性条件生成物中水少一分子。

　　电荷守恒法

　　书写电池的电极反应式，其关键是要运用氧化还原反应的基本原理分析出在负极和正极发生反应的物质及生成的产物是否与电解质溶液反应，只要分析出负极和正极的反应物和产物，再根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒，即可以写出电池的电极反应式和总反应的化学方程式。

　　燃料电池电极反应式的书写应用举例

　　1、电解质为酸性电解质溶液

　　例1、科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料用于军事目的。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。

　　试回答下列问题：

　　⑴这种电池放电时发生的化学反应方程式是 。 本文来自化学自习室!

　　⑵此电池的正极发生的电极反应是;负极发生的电极反应是 。

　　⑶电解液中的H+离子向极移动;向外电路释放电子的电极是 。

　　⑷比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高，其次是 。

　　解析：因燃料电池电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，又且其电解质溶液为稀硫酸，所以该电池反应方程式是2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。按上述燃料电池正极反应式的书写方法1知，在稀硫酸中，其正极反应式为：3O2+12H++12e-=6H2O，然后在电子守恒的基础上利用总反应式减去正极反应式即得负极反应式为：2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2↑+12H+。由原电池原理知负极失电子后经导线转移到正极，所以正极上富集电子，根据电性关系知阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。故H+离子向正极移动，向外电路释放电子的电极是负极。 本文来自化学自习室!

　　答案：⑴2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

　　⑵正极3O2+12H++12e-=6H2O;负极2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2↑+12H+

　　⑶正;负 本文来自化学自习室!

　　⑷对空气的污染较小

　　2、电解质为碱性电解质溶液 本文来自化学自习室!

　　例2、甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是( )

　　A、负极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O

　　B、正极反应式为O2+2H2O +4e-=4OH- 本文来自化学自习室!

　　C、随着不断放电，电解质溶液碱性不变

　　D、甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大

　　解析：因甲烷燃料电池的电解质为KOH溶液，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，故该电池发生的反应方程式是CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。从总反应式可以看出，要消耗OH-，故电解质溶液的碱性减小，C错。按上述燃料电池正极反应式的书写方法2知，在KOH溶液中，其正极反应式为：O2+2H2O +4e-=4OH-。通入甲烷的一极为负极，其电极反应式可利用总反应式减去正极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O。选项A、b均正确。根据能量转化规律，燃烧时产生的热能是不可能全部转化为功的，能量利用率不高，而电能转化为功的效率要大的多，D项正确。故符合题意的是C。

　　3、电解质为熔融碳酸盐

　　例3、某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2-和HCO3-)为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。试回答下列问题：

　　⑴写出该燃料电池的化学反应方程式。 本文来自化学自习室!

　　⑵写出该燃料电池的电极反应式。

　　⑶为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是什么，它从哪里来? 本文来自化学自习室!

　　解析：由于电解质为熔融的K2CO3，且不含O2-和HCO3-，生成的CO2不会与CO32-反应生成HCO3-的，故该燃料电池的总反应式为： 2C4H10+13O2=8CO2+10H2O。按上述燃料电池正极反应式的书写方法3知，在熔融碳酸盐环境中，其正极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO32-。通入丁烷的一极为负极，其电极反应式可利用总反应式减去正极反应式求得，应为2C4H10+26CO32--52e-=34CO2+10H2O。从上述电极反应式可看出，要使该电池的电解质组成保持稳定，在通入的空气中应加入CO2，它从负极反应产物中来。

　　答案：⑴2C4H10+13O2=8CO2+10H2O 本文来自化学自习室!

　　⑵正极：O2+2CO2+4e-=2CO32-，负极：2C4H10+26CO32--52e-=34CO2+10H2O 本文来自化学自习室!

　　⑶CO2从负极反应产物中来

　　4、电解质为固体氧化物

　　例4、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池说法正确的是( ) 本文来自化学自习室!

　　A. 在熔融电解质中，O2-由负极移向正极

　　B. 电池的总反应是：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O

　　C. 通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4e-=O2- 本文来自化学自习室!

　　D. 通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10+26e-+1O2-=4CO2+5H2O

　　解析：本题以丁烷燃料电池为载体综合考查了原电池原理涉及的有关“电子流向、电极反应式、总反应式”等内容，因正极上富集电子，根据电性关系，O2-不可能移向正极，a错。由丁烷的燃烧反应及电解质的特性知该电池的总反应式为2C4H10+13O2® 8CO2+10H2O，b正确。按上述燃料电池正极反应式的书写方法5知，在熔融状态下允许O2-在其间通过，故其正极反应式为O2+4e-=O2-，C正确。通入丁烷的一极应为负极，D错。故符合题意的是B、C。

　　高中化学学习方法

　　提示1：形成网络，优化内存

　　提示二：突出重点，集中记忆。

　　技能3：分析和比较，理解记忆

　　技术4：图像隐喻，记忆增强

　　技巧5：押韵，灵活记忆

　　技巧6：前后联想，巩固记忆

　　“化学是一门记忆加实验的科学”，它可能不符合某些学生的思维习惯。尤其是当我们的许多同学在初中仍然能够学习化学的时候，他们觉得他们没有花很多时间去记忆。事实上，情况并非如此。武断地说，擅长化学的学生主要是因为他们掌握了化学的记忆方法，能够高效、方便地记忆化学知识。

　　高级化学,尤其是第一章的高,三,五,属于理论知识,我们需要花很多时间来记忆。但记忆不是简单的死记硬背,而是在理解的基础上记忆。有些学生可能听不懂,什么叫理解记忆,我在这里跟你一个简单的例子。如高化学离子反应这一概念,“参与或离子所产生的化学反应称为离子反应”,然后我们将具体的理解这个概念具体句子中的每个单词的含义。首先是离子,离子在高中化学离子可以自由移动,并与自由移动离子是什么情况?通过电离面前电解质知识学习知道,可以产生自由移动离子两种情况,一种是离子化合物,包括盐和碱在熔融状态,一个是在水溶液中,也就是说,只有在这两个条件是可能产生自由移动离子。回应如下:2 nh4cl Ca (OH) 2 = 2 nh3写氯化钙(s) 2水写,尽管反应物含有离子,但不能自由移动离子,也不是在产品中自由移动的离子,研究这种反应不是中学阶段,也不能把它写离子反应方程,只能用化学方程式。紧随其后的是“参加或离子生成”,这包含两个含义,第一,在反应物离子参加显然没有要求必须有离子产生的产品,同时,产品也不一定当离子生成的反应物离子参与,如以下两个反应:(1)Ca (OH) 2 Ca (HCO3) 2 = 2碳酸钙左2水,(2)2 2水钠= 2氢氧化钠H2写;第二,在离子反应的概念,一个“一”字,这是不能自由行动的所有反应物参与反应的离子,至少一个,当然这不是在产品也必须有一个自由移动离子生成。基于这样的理解,它很容易使用,以便很好地理解词的总结离子反应的概念,即“只要中包含的化学反应可以自由移动的离子,因此,反应是离子反应”,这句话是每个人在刚刚结束后的分析和理解,这些记忆就会容易多了。我相信,只要你经常持久,可以提高每个人的思考,思考和处理化学必须的能力大大增强。这一次我们要谈记忆,我想这不再是一个艰巨的任务!

　　此外，除了理解记忆，还有其他的记忆方法，这里主要是指“特殊情况下的特殊记忆”。比如，一些常用的、平凡的、符合人们思维习惯的人，很容易记住，而以前的一些干扰往往被大家搞糊涂了，这些都是需要特别注意的。我们应该时时密切关注，避免在关键时刻“粗心大意”。例如，我们通常对氧化还原反应有这样简单的记忆，即“单一物质参与或形成的所有反应都是氧化还原反应”，但我们不知道，例如，“石墨钻石”、“O_2O_3”。这些单位之间的转换不是氧化还原，因为没有涨落的价态。这一事实表明，我们应该把握判断事物的根本依据。

　　除了以上的记忆方法，事实上，听课也是学习的一个重要的中心环节。如何获得一个好的类是一个非常常见的事情，不是一个方法的问题，但它是一个简单的链接。不是所有人都知道。事实上，你必须有一个倾听的好习惯，这样你才能用一半的努力就能得到两倍的效果。接下来，我将谈谈倾听的一些注意事项：

　　(1)课前预习是必不可少的。预习是要了解教材的一般内容和难点。在预习时，我们应该注意教材的总体思想：这本书的主要内容是什么?物质(如物理性质、化学反应)之间有什么关系?关键物质是什么?所有这些都应该被预览所打动。在预览时，我们遇到了疑难和困难，但暂时解决不了。我们应该把它们聚在一起，把它们记录在笔记本上，以提高听力的针对性。此外，我们还可以通过相应的参考书解决这些问题，从而提高我们的自学能力，并学习更多的知识进行预览。

　　(2)熟练听课，积极思考。在课堂上听老师讲课，基本上按照老师的思想去听。同时，用你的头脑积极思考，并努力获得最佳的综合利益“接受-思考-理解”。把握基本概念，把握主体精神。教师在课堂教学中有不同的“紧绷性”，学生对讲座的“反应力”也不同。你不必在预演中说出你所知道的。另一方面，要认真听好难点，做好合理的“联想”，在课堂上适度停留。“联想”主要涉及课堂知识的内容，可以将“树木”与“森林”联系起来。例如，当你听到AGI可以用于人工降雨时，自然会认为初中时教授的干冰(CO2)也可以用于人工降雨。虽然这是一个简单的例子，但只要广泛的联系，它是非常有用的知识掌握。但不能离开教室，想漫无目的地进入飞飞。所谓的“停留”是指倾听课堂的重要性，可以稍微停下来思考，品味这个问题。也能给全班带来一定的兴趣。但是别忘了保持一点精神去听老师在课后的话，试着去听课堂上的作业。

　　此外，课堂笔记也很重要。有些人说：“不动笔和墨水，你就读不懂一本书。”我们还应该做“不动笔，不墨不听”的课。记笔记是在理解的基础上，用自己的语言，写下一些概念、想法、难点等。在课堂上抄写笔记，课后阅读笔记，考试前记住笔记是不可取的。

　　(3)巩固课堂成绩。在每节课结束时，不要急于放弃你的想法。相反，花几分钟安静地思考一下这门课的基本知识：中心思想。虽然这只是几分钟，但效果不应低估。

　　因为遗忘的过程总是快然后慢，而记忆之后的第一次遗忘是最快的。这样，我们就必须在课后及时安排复习，安排好自己的知识体系，这样才能大大提高我们的智力素质。总之，只要你掌握了这门课，你就会得到大部分的学习。剩下的工作要靠我们自己的开拓和提高。

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