燃料电池电极反应式的书写（精选6篇）
篇1：燃料电池电极反应式的书写
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!
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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。
篇2：燃料电池电极反应式的书写
氢氧燃料电池的工作原理
氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原电池的`工作原理相同。氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，这一反应过程就能连续进行。
篇3：燃料电池电极反应式的书写
一、电极反应式的书写步骤
以氢氧燃料电池为例简述书写步骤:
(1) 书写电池反应方程式 (与燃料燃烧方程式相同)
书写时应注意电解质类型.
(2) 标变价
有机物中碳元素的化合价根据氢氧标碳法进行标定.
(3) 根据化合价变化情况, 得出电子得失情况, 写出负极物质转化情况还原剂在负极失电子, 化合价升高, 发生氧化反应, 负极为H2失电子变为+1价的
(4) 根据电荷守恒及电解质溶液情况配平负极电极反应式
a.若电解质溶液为H2SO4溶液, 则可用H+通过电荷守恒配平负极反应式.
负极:2H2→4H++4e-
b.若电解质溶液为KOH溶液, 则可用OH-通过电荷守恒配平负极反应式.
负极:2H2+4OH-→4H2O+4e-
c.若电解质是掺杂了Y2O3 (三氧化二钇) 的Zr O2 (二氧化锆) 晶体, 它在高温下能传导O2-, 则可用O2-通过电荷守恒配平负极反应式.
负极:2H2+2O2-→2H2O+4e-
(5) 用总电池反应式减负极电极反应式得出正极反应式
a.若电解质溶液为H2SO4溶液, 则
负极:2H2→4H++4e-
正极:O2+4H++4e-→2H2O
b.若电解质溶液为KOH溶液, 则可用OH-通过电荷守恒配平负极反应式.
负极:2H2+4OH-→4H2O+4e-
正极:O2+2H2O+4e-→4OH-
c.若电解质是掺杂了Y2O3 (三氧化二钇) 的Zr O2 (二氧化锆) 晶体, 它在高温下能传导O2-, 则可用O2-通过电荷守恒配平负极反应式.
负极:2H2+2O2-→2H2O+4e-
正极:O2+4e-→2O2-
二、几种典型的燃料电池电极反应方程式的书写
1. 甲烷燃料电池
a.碱性电解质, 电池反应:
负极:CH4+10OH-→CO32-+7H2O+8e-
正极:2O2+4H2O+8e-→8OH-
b.酸性电解质, 电池反应:
负极:CH4+2H2O→CO2+8H++8e-
正极:2O2+8H++8e-→4H2O
c.熔融碳酸盐为电解质, 电池反应:
负极:CH4+4CO32-→5CO2+2H2O+8e-
正极:2O2+4CO2+8e-→4CO32-
d.掺杂了Y2O3的Zr O2晶体为电解质, 电池反应:
负极:CH4+4O2-→CO2+2H2O+8e-
正极:2O2+8e-→4O2-
2. 甲醇燃料电池
a.碱性电解质, 电池反应:
负极:CH3OH+8OH-→CO32-+6H2O+6e-
正极:3/2O2+3H2O+6e-→6OH-
b.酸性电解质, 电池反应:
负极:CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
正极:3/2O2+6H++6e-→3H2O
c.熔融碳酸盐为电解质, 电池反应:
负极:CH3OH+3CO32-→4CO2↑+2H2O+6e-
正极:3/2O2+3CO2+6e-→3CO32-
3. 葡萄糖燃料电池
a.碱性电解质, 电池反应:
负极:C6H12O6+36OH-→6CO32-+24H2O+24e-
正极:6O2+12H2O+24e-→24OH-
b.酸性电解质, 电池反应:
负极:C6H12O6+6H2O→6CO2↑+24H++24e-
正极:6O2+24H++24e-→12H2O
三、高考真题回放
例1 (2010年安徽理综11) 某固体酸燃料电池以Ca HSO4固体为电解质传递H+, 其基本结构如图1, 电池总反应可表示为: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:
(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传递到b极
解析:该电池实质为酸性氢氧燃料电池. (A) 项a电极通入H2, b电极通入O2, a为负极, b正极, 电子应该是通过外电路由a极流向b极, 故 (A) 项错误; (B) 项酸性条件下正极电极反应式应为O2+4H++4e-→2H2O, (B) 项错误; (C) 项讲气体体积没有指明状况, (C) 项错误;在原电池中, 阳离子由负极向正极定向移动, (D) 项正确.
答案: (D)
例2 (2008年北京理综5) .据报道, 我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在北京奥运会期间为运动员提供服务.某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液, 下列有关该电池的叙述不正确的是 ()
(A) 正极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-
(B) 工作一段时间后, 电解液中KOH的物质的量不变
(C) 该燃料电池的总反应方程式为:2H2+O2=2H2O
(D) 用该电池电解Cu Cl2溶液, 产生2.24 L Cl2 (标准状况) 时, 有0.1 mol电子转移
解析:该电池为碱性氢氧燃料电池.根据电池反应式和电极反应式知 (A) 、 (B) 、 (C) 正确. (D) 项产生Cl2的反应式为2Cl-→2Cl2↑+2e-, 根据电路中通过的电荷量守恒知当产生标准状况下2.24 L Cl2 (0.1 mol) 时, 有0.2 mol电子转移, 故 (D) 项错误.
答案: (D)
例3 (2007广东化学9) 科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池, 利用细菌将有机物转化为氢气, 氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电.电池负极反应为 ()
解析:该电池为酸性氢氧燃料电池.故负极反应为 (C) .
答案: (C)
例4 (2005广东化学15) 一种新燃料电池, 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 (Zr O2) 晶体, 在熔融状态下能传导O2-.下列对该燃料说法正确的是 ()
(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:
(D) 通入丁烷的一极是正极, 电极反应为:
解析:该燃料电池为丁烷燃料电池, 电池反应方程式为:
负极:C4H10+13O2-→4CO2+5H2O+26e-
正极:13/2O2+26e-→13O2-
在原电池中, 阴离子由正极向负极定向移动, (A) 项错误.还原剂丁烷在负极被氧化, (D) 项错误, 同时 (D) 项也不满足电荷守恒.
答案: (B) (C)
例5 (2008宁夏理综10) 一种燃料电池中发生的化学反应为:在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳.该电池负极发生的反应是 ()
解析:甲醇燃料电池, 负极是甲醇失电子发生氧化反应, 故 (C) 项正确.
答案: (C)
例6 (2009年江苏化学) 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构如图2所示.关于该电池的叙述正确的是 ()
(A) 该电池能够在高温下工作
(B) 电池的负极反应为:
(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1 mol氧气, 理论上能生成标准状况下CO2气体L
解析:结合示意图可知, 该电池正负极之间可以传递质子 (H+) , 故电池反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O;负极反应为C6H12O6+6H2O→6CO2↑+24H++24e-;正极反应6O2+24H++24e-→12H2O, 从电极反应方程式易知H+应从负极区移向正极区, 从总反应方程式可见每生成1 mol CO2消耗1 mol O2.
答案: (B)
例7 (2009年天津) 氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置.图3为电池示意图, 该电池电极表面镀一层细小的铂粉, 铂吸附气体的能力强, 性质稳定, 请回答:
(1) 氢氧燃料电池的能量转化主要形式是__, 在导线中电子流动方向为__ (用a、b表示) .
(2) 负极反应式为__.
(3) 电极表面镀铂粉的原因为___.
答案: (1) 由化学能转化为电能由a到b. (2) 2H2+4OH--4e-=4H2O或H2+2OH--2e-=2H2O
(3) 增大电极单位面积吸附H2、O2分子, 加快电极反应速率
例8 (2008年山东理综合29) 北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷 (C3H8) , 亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯 (C3H6) .
(2) 以丙烷为燃料制作新型燃料电池, 电池的正极通入O2和CO2, 负极通入丙烷.电解质是熔融碳酸盐.电池反应方程式为__;放电时, CO2-3移向电池的__ (填“正”, 或“负”) 极.
篇4：燃料电池电极反应式的书写技巧
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，如果电解质参与反应，应写最终产物。
２．写出正极反应：燃料电池的正极为O2得电子的反应，但不同电解质下氧气得电子后的产物不同。
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：一定要使得总反应方程式和正极反应中的电子数相同的情况下，再相减。
一、水性电解质（酸性、中性或碱性的溶液）
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：O2+4H++4e-→2H2O；如果电解质溶液显碱性或中性，则O2-与H2O结合生成OH-：O2+2H2O+4e-→4OH-。
二、固体氧化物电解质
固体氧化物电池是一种新型的燃料电池，电解质在熔融状态下能传导O2-，通常是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体。负极通入燃料（如丁烷）则负极C4H10+13O2--26e-→4CO2+5H2O，正极通入空气，正极反应为O2+4e-→2O2-，其电池组成可以表示为（－）燃料-ZrO2、Y2O3-O2（＋）。
三、熔融碳酸盐电解质
熔融碳酸盐电池的电解质通常为熔融K2CO3、Na2CO3等，其负极通入CO，正极通入的是空气和CO2的混合气体，O2先得电子后变成O2-，继而O2-会与CO2结合成CO32-，因而正极反应方程式为O2+2CO2+4e-=2CO32-，电池组成一般表示为（－）燃料｜K2CO3｜O2+2CO2（＋）。
例：一种新型的熔融盐燃料电池具有高发电效率而备受重视，现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，一极通入CO气体，另一极通入空气与CO2的混合气体，制得燃料电池。该电池工作时的总反应式为2CO+O2=2CO2，正极反应为O2+2CO2+4e-→2CO32-，由此可得负极反应为2CO+2CO32-→4CO2+4e-。
在教学过程中，笔者逐渐总结出另一种方法，更为简洁，更适合于高三复习用，可分为三步：
（1）先找出发生氧化反应（还原反应）的物质，一般规律：负极是燃料（可一种或多种）失电子，正极是O2得电子。再写出它们分别对应的氧化产物（还原产物），这点一定要考虑电解质是否参与反应。
（2）找对反应物和产物后，接着标上转移的电子数。
（3）利用电荷守恒，从电解质中找出符合客观实际的离子（注意是否共存），添加在电极反应式的两端。
（4）最后看是否符合质量守恒。
例如：若碱性条件下某燃料电池一极通入CO和H2，另一极通O2，写出正负电极反应：
第一步，负极燃料有两种CO和H2，因为是碱性溶液，所以负极产物是CO32-和H2O，而不是CO2和H2O，正极产物是OH-，负极：CO+H2→CO32-+H2O；正极：O2→OH-；
第二步，标上转移的电子数，负极：CO+H2→CO32-+H2O+4e-；正极：O2+4e-→4OH-；
第三步，负极应在左端加6OH-，而不是在右端加6H+，故负极：CO+H2+6OH-→CO32-+4e-；正极：O2+4e-→4OH-；第四步，符合质量守恒，负极：CO+H2+6OH-→CO32-+4H2O+4e-；正极：O2+2H2O+4e-→4OH-。
篇5：化学燃料电池方程式书写方法
第一步，先写出燃料电池的总反应方程式；
第二步，再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。
下面对书写燃料电池电极反应式“三步法”具体作一下解释。
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。若是氢氧燃料电池，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。若燃料是含碳元素的可燃物，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，如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在碱性电解质中生成CO3离子和H2O，即CH4+2OH+2O2=CO3+3H2O。
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律是氧气，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=2O。正极产生O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五种情况归纳如下。⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）
在酸性环境中，O离子不能单独存在，可供O离子结合的微粒有H离子和H2O，O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。⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）
在中性或碱性环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子只能结合H2O生成OH-离子，故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为O2＋2H2O +4e-=4OH-。
⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物）
在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子可结合CO2生成CO32-离子，则其正极反应式为O2＋2CO2 +4e-=2CO32-。
⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇）
该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O2＋4e-=2O2-。综上所述，燃料电池正极反应式本质都是O2＋4e=2O，在不同电解质环境中，其正极反应式的书写形式有所不同。因此在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。
3、燃料电池负极反应式的书写
篇6：燃料电池电极反应式的书写技巧
燃料电池的本质是将燃料燃烧这一氧化还原反应分成两个分别在负极和正极发生的半反应。燃料电池的正极始终是氧气, 负极为燃料。当电解质为碱性或中性环境时, 正极的电极反应一定为:O2+2H2O+4e-=4OH-;当电解质为酸性环境时, 正极的电极反应一定为:O2+4H++4e-=2H2O。当有电解质溶液参加反应时, 电极反应式也随之发生变化, 电极反应式就更复杂、更难书写了。一般都是运用“正极反应+负极反应=总反应”, 再利用总反应减去正极反应即得负极反应。这种方法适用于各种原电池, 但是比较烦琐复杂。下面我介绍的“碳氢归属法”和“电荷守恒法”可以化难为易。
一、碳氢归属法
以CH4燃料电池为例, 可按如下步骤书写电极反应式:
1.写出电池的总反应式:一般和其氧化还原反应方程式相同, 但要考虑氧化还原产物是否与电解质溶液发生反应。酸性条件下电池总反应为:CH4+2O2→CO2+2H2O;碱性条件下电池总反应为:CH4+2O2+2OH-→CO2-3+3H2O。
2.分析燃料在电池负极的产物 (CO2或CO32-) , 碳元素的化合价从-4升高到+4 (失去8个电子) , CH4作负极;氧元素的化合价从0降低到-2价 (得电子) , O2作正极。由此CH4的最终产物一定是CO2和H2O。接着我们把负极半极反应式框架先写出来。酸性条件:CH4-8e-→CO2。碱性条件:CH4-8e-→CO32-+H2O。
3.配平失去电子的总个数, 即CH4-8e-→CO2, 或是CH4-8e-→CO32-+H2O。
4.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。
酸性条件下碳变成了CO2、氢以H+形式存在于溶液中。还有电解质溶液中的水给碳元素提供氧后剩下的氢也以H+形式存在:1个C需2个O, 即2个H2O, 2个H2O则留下4个H, 加上CH4中的4个H就是8个氢, 即8个H+。最后得电极反应式:CH4-8e-+2H2O→CO2+8H+。
碱性条件下:碳变成了CO32-, 氢变成了H2O。还有电解质溶液中的OH-给碳元素提供氧后剩下的氢也与OH-结合生成H2O:1个C需3个O, 即3个OH-。3个OH-则留下了3个H, 加上CH4的4个氢即7个H, 再结合7个OH-, 最后是10个OH-和7个H2O。由此得负极电极反应式:CH4-8e-+10OH-→CO32-+7H2O。
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。
二、电荷守恒法
以C2H5OH燃料电池为例, 可按如下步骤书写电极反应式:
1.写出电池总反应。酸性条件下, C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O;碱性条件下, C2H5OH+3O2+4OH-→2CO2-3+5H2O。
2.分析正负极反应物和产物, 写出半极反应式的框架。碳元素的化合价从-2升高到+4 (失电子) , C2H5OH作负极;氧元素的化合价从0降低到-2价 (得电子) , O2作正极。酸性条件下:C2H5OH-e-→2CO2, 碱性条件下:C2H5OH-e-→2CO32-+H2O。
3.配平失去电子的总个数。既C2H5OH-12e-→2CO2或是C2H5OH-12e-→2CO32-+H2O。
4.据电荷守恒和原子守恒配平电极反应式。酸性条件下, C2H5OH失去12e-则相当于带上了12个单位的正电荷, 而方程式右边只有氢离子带正电荷, 即需12个氢离子, 左边水前面系数为3。即负极反应式:C2H5OH-12e-+3H2O→2CO2+12H+。
碱性条件下, C2H5OH失去12e-则相当于带上了12个单位的正电荷, 与OH-所带电荷之和与右边CO32-所带电荷相等, 所以需要16个OH-, 据氢原子守恒得水前面系数为11。即C2H5OH-12e-+16OH-→2CO32-+11H2O。