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几种常见的“燃料电池”的电极反应式的书写

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 + 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- + 2H+ === 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- + 6H2O===12OH-   

负极的电极反应式为:CH4O  6e- + 8OH- === CO32-+ 6H2O   

2. 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  

三、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。   

负极发生的反应:CH4 – 8e- + 8OH- ==CO2 + 6H2O   CO2 + 2OH- == CO32- + H2O,所以:  

负极的电极反应式为:CH4 + 10 OH- + 8e- === CO32- + 7H2O   

正极发生的反应有:O2 + 4e- === 2O2- 和O2- + H2O === 2OH- 所以:  

正极的电极反应式为:O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-  

说明:掌握了甲烷燃料电池的电极反应式,就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式  

四、 铝–空气–海水电池  

我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯,以海水为电解质,靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟,就会发出耀眼的白光。  

电源负极材料为:铝;电源正极材料为:石墨、铂网等能导电的惰性材料。  

负极的电极反应式为:4Al-12e===4Al3+  

正极的电极反应式为:3O2+6H2O+12e===12OH  

总反应式为:4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3  

说明:铝板要及时更换,铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积

   


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