燃料电池电极反应式的书写
燃料电池电极反应式的书写

欢迎共阅燃料电池电极反应式的书写燃料电池电极反应式的书写是中学化学教学的难点,也是高考化学的常考考点之一,在书写时学生往往易错。
参加北大附中课堂教学培训,感悟最深的是桑老师对燃料电池电极反应式的复习的处理,其式为: O2 + 4e- == 2O2-三、负极发生氧化反应,负极生成的离子一般与正极产场结合,有以下几种情况:(1)若负极通入的气体是氢气,则①酸性液中 H2 - 2e- == 2H+②碱性溶液中 H2 - 2e- + 2OH- == 2H2O③熔融氧化物中 H2 - 2e- + O2- == H2O(2) 若负极通入的气体为含碳的化合物CO、CH4、CH3OH等,碳元素均转化为正四价碳的化合物、在酸性溶液中生成二氧化物气体、在22正极是O2得到电子,即:O2 + 4e- === 2O2-,O2- 在碱性条件下不能单独存在,只能结合H2O生成OH-即:2O2- + 2H2O === 4OH-,因此,正极的电极反应式为:O2 +2H2O + 4e- === 4OH-。
?2.电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)负极的电极反应式为:H2–2e- === 2H+正极是O2得到电子,即:O2 + 4e- === 2O2-,O2- 在酸性条件下不能单独存在,只能结合H+生成H2O即:O2- + 2 H+ === H2O,因此正极的电极反应式为:O2+ 4H++ 4e-=== 2H2O(O2+ 4e-=== 2O2-,2O2- + 4H+ === 2H2O)? 负极的电极反应式为:CH4O -6e-+8OH-? === CO32-+ 6H2O2. 酸性电解质(H2SO4溶液为例)总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O正极的电极反应式为:3O2+12e-+12H+ === 6H2O负极的电极反应式为:2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2说明:乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同甲烷燃料电池? 甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH,生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3,所以总反应为:CH4+ 2KOH+ 2O2=== K2CO3 + 3H2O。
燃料电池电极反应式的书写

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 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
甲烷燃料电池为例
酸性条件
电池总反应:CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O ①
四种情况正极反应式:
(1)酸性电解质溶液环境
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
(2)碱性或中性电解质溶液环境
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH(3)固体电解质(高温下能传导O2-)环境
O2 + 4e- = 2O2(4)熔融碳酸盐(如:熔融K2CO3)环境
O2+ 2CO2 + 4e-= 2CO32-
三、燃料电池电极反应式的书写
三、燃料电池电极反应式的书写
电极:惰性电极。
燃料: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。 甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应为:
电池正极反应:O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
①-②×2,得燃料电池负极反应:
②
CH4 - 8e- + 2H2O = CO2 &氧燃料电池
以惰性金属铂(Pt)或石墨 做电极材料, 负极通入H2,正极通入 O2
燃料电池电极方程式的书写和技巧(必修2)

燃料电极方程式的书写和技巧
二、书写正极反应式
1、酸性电解质溶液(如H2SO4溶液) 正极反应式:O2 + 4H+ + 4e﹣ = 2H2O 2、碱性电解质溶液(如NaOH或KOH溶液) 正极反应式:O2 + 2H2O + 4e﹣ = 4OH﹣
3、熔融的碳酸盐电解质(如Li2CO3和Na2CO3熔
融盐混合物) 正极反应式:O2 + 2CO2 + 4e﹣ = 2CO32﹣ 4、固体电解质(如固体氧化锆—氧化钇,固体Байду номын сангаас电解质在高温下可允许O2﹣在其间通过)
2、如果是含碳元素的可燃物
①酸性电解质:总反应方程式同燃烧的方程式一 样。 甲烷燃料电池的总反应方程式:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
②碱性电解质
由于燃烧产物CO2和碱液反应, CO2 + OH﹣ = CO32﹣ + H2O 所以燃料电池的总反应方程式应该是燃烧方程式 与CO2和碱液反应方程式叠加后的反应式,即: 甲烷燃料电池的总反应方程式: CH4 + 2O2 + 2OH﹣ = CO32﹣ + 3H2O
2、甲烷燃料电池
① 酸性电解液
总:CH4 + 2O2 = CO2+2H2O 正:O2 + 4H+ + 4e﹣ = 2H2O 负:CH4 + 2H2O﹣ 8e﹣ = CO2 + 8H+
② 碱性电解液 总:CH4 + 2O2 + 2OH﹣ = CO32﹣ + 3H2O 正:O2 + 2H2O + 4e﹣ = 4OH﹣ 负:CH4 + 10OH﹣﹣ 8e﹣ = CO32﹣ + 7H2O
燃料电池的电极反应式的书写

燃料电池的电极反应式的书写1. 电池的负极发生氧化反应,电极材料本身要参加反应或电极材料上的物质要参加反应,反应生成物直接进入溶液或者与电解质溶液发生反应,生成新的物质或离子。
2. 电池的正极发生还原反应,氧气在这里得电子。
3. 电池的正极和负极发生反应时,粒子得失电子的数目相等,负极失去的电子数目等于正极得到的电子数目。
明确了电极反应式书写的原则,然后在不考虑电解质溶液参加反应的情况下写出“电极反应式”,再根据电解质溶液的性质去判断电极反应产物。
二、电极反应产物的判断负极:电极材料本身参加反应或电极材料上的物质参加反应,燃料电池中是燃料在此失去电子而被氧化,若燃料与氧气的氧化产物能够与电解质溶液中的粒子发生反应,则该粒子一般要参加该电极的电极反应,例如,在甲烷燃料电池中,其负极的电极反应式为:CH4+10OH--8e- === CO32-+7H2O(其思考过程是:甲烷的氧化产物是二氧化碳,生成的二氧化碳能与电解质溶液中的氢氧根离子反应,生成碳酸根离子,因此必须考虑氢氧根离子参加反应。
)在氢氧燃料电池中,其负极的电极反应式为:(碱性型)2H2+4OH--4e- === 4H2O(酸性型)2H2-4e- === 4H+原因是甲烷燃料电池中的氧化产物二氧化碳能与氢氧根离子反应,生成碳酸根离子;氢氧燃料电池中的氧化产物氢离子能和氢氧根离子反应生成水(碱性型)。
正极:由于是氧气在这里得到电子,生成物到底是氧离子还是氢氧根离子,要看电解质溶液所处的环境。
若是水溶液,则是氢氧根离子;若是熔融状态,则是氧离子。
例如,在甲烷燃料电池中,其正极的电极反应式为:2O2+4H2O+8e- === 8OH-在氢氧燃料电池中,其正极的电极反应式为:(碱性型)O2+2H2O+4e-- === 4OH—(酸性型)O2+4H++4e-- === 2H2O三、反应过程中得失电子多少的确定粒子参加电极反应时,得失电子数目多少的计算,可以根据粒子参加反应前后化合价的变化数目来确定,粒子得失电子数目等于粒子反应前后化合价的变化数值。
几种常见的燃料电池电极反应式的书写讲解学习

几种常见的燃料电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写是高考中的重要考点,原电池的种类很多,燃料电池是原电池中一种比较特殊的电池,它与原电池形成条件有一点相悖,就是两极不一定是两根活动性不同的电极,也可以用相同的两根电极。
燃料电池有很多,下面主要介绍几种常见的燃料电池的工作原理及电极反应式的书写,希望从中发现规律,举一反三。
一、氢氧燃料电池氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂(Pt)或石墨做电极材料,负极通入H2,正极通入 O2,总反应为:2H2 + O2 === 2H2O电极反应特别要注意电解质,有下列三种情况:1.电解质是KOH溶液(碱性电解质)负极发生的反应为:H2+ 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以:负极的电极反应式为:H2– 2e- + 2OH- === 2H2O;正极是O2得到电子,即:O2 + 4e- === 2O2-,O2- 在碱性条件下不能单独存在,只能结合H2O生成OH-即:2O2- + 2H2O === 4OH-,因此,正极的电极反应式为:O2 + H2O + 4e- === 4OH-。
2.电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)负极的电极反应式为:H2 +2e- === 2H+正极是O2得到电子,即:O2 + 4e- === 2O2-,O2- 在酸性条件下不能单独存在,只能结合H+生成H2O即:O2- + 2 H+ === H2O,因此正极的电极反应式为:O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2-,2O2- + 4H+ === 2H2O)3. 电解质是NaCl溶液(中性电解质)负极的电极反应式为:H2 -2e- === 2H+正极的电极反应式为:O2 + H2O + 4e- === 4OH-说明:1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH-3.中性溶液反应物中无H+ 和OH-4.水溶液中不能出现O2-二、甲醇燃料电池甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质:1.碱性电解质(KOH溶液为例)总反应式:2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O正极的电极反应式为:3O2+12e- + 6H20===12OH-负极的电极反应式为:CH4O -6e-+8OH- === CO32-+ 6H2O2. 酸性电解质(H2SO4溶液为例)总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O正极的电极反应式为:3O2+12e-+12H+ === 6H2O负极的电极反应式为:2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2说明:乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同。
燃料电池电极反应式的书写27641知识讲解

燃料电池电极反应式的书写燃料电池电极反应式的书写是中学化学教学的难点,也是高考化学的常考考点之一,在书写时学生往往易错。
参加北大附中课堂教学培训,感悟最深的是桑老师对燃料电池电极反应式的复习的处理,其复习教学设计如下:一、首先分清原电池的正、负极均为惰性电极,电极均不参与反应。
二、正极发生还原反应,通入的气体一般是氧气,氧气得到电子首先变为氧离子,根据电解质的不同,其负极电极反应式书写分以下几种情况:(1)在酸性溶液中生成的氧离子与氢离子结合生成水,其电极反应式为: O2 + 4e- + H+== 4H2O(2)在碱性溶液中,氧离子与氢氧根离子不能结合,只能与水结合生成氢氧根离子,其电极反应式为: O2 + 4e -+ 2H2O== 4OH-(3)在熔融碳酸盐中,氧离子与碳酸根离子不能结合,只能与二氧化碳结合生成碳酸根离子,其电极反应式为:O2+2CO2-+4e-==2 CO32-(4)在熔融氧化物介质中,氧气得到电子转化为氧离子,其电极反应式为: O2 + 4e- == 2O2-三、负极发生氧化反应,负极生成的离子一般与正极产场结合,有以下几种情况:(1)若负极通入的气体是氢气,则①酸性液中 H2 - 2e- == 2H+②碱性溶液中 H2 - 2e- + 2OH- == 2H2O③熔融氧化物中 H2 - 2e- + O2- == H2O(2) 若负极通入的气体为含碳的化合物CO、CH4、CH3OH等,碳元素均转化为正四价碳的化合物、在酸性溶液中生成二氧化物气体、在碱性溶液中生成碳酸根离子,熔融碳酸盐中生成二氧化碳,熔融氧化物中生成碳酸根离子。
含有氢元素的化合物最终都有水生成。
如CH3OH燃料电池:酸性溶液中负极反应式为::CH3OH - 6e- + H2O == CO2↑ + 6H+碱性溶浚中负极反应式为:CH3OH - 8e- + 10OH- == CO32-+ 7H2O氢氧燃料电池氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂(Pt)或石墨做电极材料,负极通入H2,正极通入 O2,总反应为:2H2 + O2 === 2H2O电极反应特别要注意电解质,有下列三种情况:1.电解质是KOH溶液(碱性电解质)负极发生的反应为:H2– 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以:负极的电极反应式为:H2– 2e- + 2OH- === 2H2O;正极是O2得到电子,即:O2 + 4e- === 2O2-,O2- 在碱性条件下不能单独存在,只能结合H2O生成OH-即:2O2- + 2H2O === 4OH-,因此,正极的电极反应式为:O2 +2H2O + 4e- === 4OH-。
燃料电池电极方程式的书写

燃料电池电极方程式的书写燃料电池是一种不经过燃烧,而通过化学反应将燃料的化学能直接转化为电能的装置。
其放电过程无污染、无噪音、高效率,是一种绿色电池。
燃料电池虽然种类多样,但其基本结构类似:电极材料一般是惰性电极,具有很强的催化能力,如铂电极、活性炭电极等,还原剂(燃料)在电池的负极发生反应,氧化剂(通常是氧气或空气)在电池的正极发生反应,其组成一般可表示为:(-)燃料—电解质—O2(+)。
常见的电解质有水性电解质、固体氧化物电解质和熔融碳酸盐电解质等。
以下根据燃料电池电解质的不同,其电极反应方程式的书写方法:一、水性电解质(酸性、中性或碱性的溶液)燃料电池电极反应方程式的书写比较复杂,但有一定规律可循,通常按下述三个步骤可以顺利写出电极方程式:1.写总反应:电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同,可以根据燃料的燃烧反应写出燃料电池的总反应。
2.写出正极反应:燃料电池的正极为O2得电子的反应,1个O2分子得到4个电子转变成2个O2-,但应注意O2-在电解质溶液中不能稳定存在,如果是酸性电解质,O2-要结合H+生成H2O:O2+4e-+4H+=2H2O;如果电解质溶液显碱性或中性,则O2-与H2O结合生成OH-:O2+4e-+2H2O=4OH-。
3.根据电池的总反应和正极反应凑出负极反应,要求正、负极反应相加能得到总反应。
该步骤的技巧是要将总反应方程式和正极反应中O2前的计量数化为相同值,然后相减。
例1.写出氢氧燃料电池分别以稀H2SO4、NaOH和Na2SO4溶液作电解质时的电极反应。
解析:氢氧燃料电池的组成可以表示为(-)H2—电解质—O2(+),H2在负极参加反应被氧化为H+,H+在酸性或中性溶液中能稳定存在,但在碱性溶液中,H+要与电解质溶液中的OH-结合生成H2O。
O2在正极参加反应,根据前面的介绍,可以写出O2在不同电解质溶液中的电极反应。
答案为:H2SO4溶液:(-)H2-2e-=2H+,(+)O2+4e-+4H+=2H2O;NaOH溶液:(-)H2-2e-+2OH-=2H2O,(+)O2+4e-+2H2O=4OH-;Na2SO4溶液:(-)H2-2e-=2H+,(+)O2+4e-+2H2O=4OH-。
ch4燃料电池电极反应式

ch4燃料电池电极反应式
(碱性介质下的甲烷燃料电池)负极: CH4+100H - - 8e-===C032- +7H20 正极:
202+8e-+4H20===80H-;总反应方程式为: CH4+202+2KOH===K2C03+3H20。
(酸性介质下的甲烷燃料电池)负极: CH4-8e-+2H20===C02+8H+正极: 202+8e-+8H+===4H20;总反应方程式为: 202+CH4===2H20+C02。
甲烷燃料电池是化学电池中的氧化还原电池。
燃料电池是燃料和氧化剂(一般是氧气)在电极附近参与原电池反应的化学电源。
甲烧(CH4)燃料电池就是用沼气(主要成分为CH4)作为燃料的电池,与氧化剂02反应生成C02和H20.反应中得失电子就可产生电流从而发电。
美国科学家设计出以甲烧等碳氢化合物为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池。
燃料电池使用气体燃料和氧气直接反应产生电能,其效率高、污染低,是一种很有前途的能源利用方式。
但传统燃料电池使用氢为燃料,而氢既不易制取又难以储存,导致燃料电池成本居高不下。
甲烧(系统名为“碳烧”,但只在介绍系统命名法时会出现,一般用习惯名“甲烷”)在自然界的分布很广,甲烧是最简单的有机物,是天然气,沼气,坑气等的主要成分,俗称瓦斯。
也是含碳量最小(含氢量最大)的烃,也是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。
它
可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氧酸及甲醛等物质的原料。
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2、燃料电池正极反应式的书写
因为燃料电池正极反应物一般是氧气,正极都是氧化剂氧气 得到电子的还原反应,所以可先写出正极反应式,正极反应 的本质都是O2得电子生成O2-离子,故正极反应式的基础都 是O2+4e-=2O2-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的 电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是 非常重要的一步。现将与电解质有关的几种情况归纳如下。
(2010年安徽理综)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电 解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为:
D 2H2+O2=2H2O,下列有关说法正确的是( )
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH- C.每转移0.1 mol电子,
消耗1.12 L的H2 D.H+由a极通过固体酸电解质
1、燃料电池总反应方程式的书写
因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相 同,可根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应方程式,但要 注意燃料的种类。 氢氧燃料电池,其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解 质溶液的酸碱性变化而变化,即2H2+O2=2H2O
含碳元素的可燃物,其电池总反应方程式就与电解质的状态和 电解质溶液的酸碱性有关
⑴电解质为酸性电解质溶液(如稀硫 酸)
在酸性环境中, O2-离子不能单独存在,可供 O2离子结合的微粒有H+离子和H2O,O2-离子优先结 合H+离子生成H2O。这样,在酸性电解质溶液 中, 正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O。
例2、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:
燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与
氧气或空气进行反应,将化学能直接转化成电 能的一类原电池。
氢氧燃料电池
1967年氢氧燃料电池首次被用作阿波罗宇宙飞船的 电源。用两个多孔石墨电极(分别含有不同的催化 剂)插入作为电解质的 30%的KOH水溶液中,氧气 和氢气分别不断通入正极和负极并不断被消耗。
氢氧燃料电池电极反应式的书写
A
电池总反应:2H2 +O2= 2H2O
多
孔
氢气
电
极
多
孔 电
氧气
极
电解质
液体电解质 ①KOH溶液
负极: 2H2-4e+4OH -=4H2O 正极: O2+4e+2H 2O=4OH -
总反应:
O2+2H2=2H2O
氢氧燃料电池电极反应式的书写方法一:
第一步 判断原电池的正负极反应物; 第二步 根据电解质环境书写产物; 第三步 根据电子得失情况和电荷守恒配平 反应式; 第四步 检查。
传递到b极
氢氧燃料电池固体电解质下的电极反应
③CsHSO4晶体(传导H+)
负极:2H2-4e- =4H+
正极: O +4H++4e-=2H 2O
④掺杂(Y2O3?的氧化锆?ZrO2?晶体(传导O2-)
负极: 2H2-4e-+2O2-=2H2O
正极: O 2+4e-=2O 2-
燃料电池的电极规定
类?型 碱性燃电池料电池料(电A池FC)膜(燃料al电kal盐in燃e料f电uel物燃料电
cell)
池
池
池
英?文简磷称酸型AF燃C 料电P池AF(CPAFCPE)M(FpChosMpChFCorouSsOFC
电解质acid氢f氧ue化l钾cel磷l)酸
质子渗透 碳酸钾 固体氧化
? 熔融碳溶液酸盐燃料电池(M膜 CFC) (molten物
2.1碱性燃料电池( AFC) 2.3磷酸燃料电池( PAFC) 2.4熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC) 2.2质子交换膜燃料电池( PEMFC) 2.5固体氧化物燃料电池( SOFC)
3. 按燃料类型分。
3.1氢燃料电池 3.2甲烷燃料电池 3.3甲醇燃料电池 3.4乙醇燃料电池
燃料电池的种类
燃料电池 碱性燃料 磷酸型燃 质子交换 熔融碳酸 固体氧化
(5s0o%li~d
ox5i0d%e ~6
5%
使用温度 60~120 160~2 60~120 600~10 600~10
燃料电池电极反应式的书写方法二
第一步 ,先写出燃料电池的总反应方程式 第二步 ,写出燃料电池的正极反应式; 第三步 ,在电子守恒的基础上用燃料电池的 总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。
注意:适时运用”减法“
当电解质溶液呈酸性时;
负极:2H2-4e-=4H+ 正极:O2+4e-+4H+=2H2O
氢氧燃料电池电极反应式的书写
A
电池总反应:2H2 +O2= 2H2O
多
孔
氢气
电
极
多
孔 电
氧气
极
电解质
负极
正极
液体电解质 ①KOH溶液 ②H2SO4溶液
例1
解析:首先明确a为负极,这样电子应该是通过外 电路由a极流向b,A错;B选项反应应为 O2+4e-+4H+=2H2O ; C没有告知标准状况。
燃料电池的电极是由通入气体的成分来决定。通入可燃物的 一极为负极,可燃物在该电极上发生氧化反应;通入空气或 氧气的一极为正极,氧气在该电极上发生还原反应
燃料电池的分类
一、燃料电池的分类
1、按燃料电池的运行机理分。 分为酸性燃料电池和碱性燃料电池
2. 按电解质的种类不同,有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质
⑴这种电池放电时发生的化学反应方程式 是 2CH3OH+3O2=2CO。2+4H2O ⑵此电池的正极发生的电极反应是 3O2+12H++12e-=6H;2O 负极发生的电极反应是 2CH3OH+2H2O-12e。-=2CO2↑+12H+
燃料 carb纯o氢nate fu天e然l气c,ell)氢、甲醇 天然气、 天然气、 ? 质子交换膜燃氢料电池(P、E天M然F气C)煤气(气p、ro沼ton煤气气、沼 氧化剂exch纯a氧nge m空e气mbran空e气fuel c空e气ll) 空气
效?率
固fue体l 氧60c0%e化%ll)~物9燃32料7%% 电~池4 (S483% O%F~C5)