燃料電池電極反應(yīng)式的書寫

電極：惰性電極。
燃料包含：H2；烴如：CH4；醇如：C2H5OH等。

電解質(zhì)包含：

①酸性電解質(zhì)溶液如：H2SO4溶液；

②堿性電解質(zhì)溶液如：NaOH溶液；

③熔融氧化物如：Y2O3;

④熔融碳酸鹽如：K2CO3等。

第一步：寫出電池總反應(yīng)式

燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。

如氫氧燃料電池的總反應(yīng)為：2H₂+O₂=2H₂O；甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為NaOH溶液）的反應(yīng)為：

CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O①

CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O②

①式+②式得燃料電池總反應(yīng)為：CH₄+2O₂+2NaOH=Na₂CO₃+3H₂O

第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式

根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O₂，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)有所不同，其實，我們只要熟記以下四種情況：

（1）酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O

（2）堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

（3）固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)O^2-）環(huán)境下電極反應(yīng)式：O₂+4e^-=2O^2-

（4）熔融碳酸鹽（如：熔融K2CO3）環(huán)境下電極反應(yīng)式：

O2 +2CO2+4e－＝2CO 。

第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫出電池的負極反應(yīng)式

電池的總反應(yīng)和正、負極反應(yīng)之間有如下關(guān)系：電池的總反應(yīng)式=電池正極反應(yīng)式+電池負極反應(yīng)式

故根據(jù)第一、二步寫出的反應(yīng)，有：電池的總反應(yīng)式-電池正極反應(yīng)式=電池負極反應(yīng)式，注意在將兩個反應(yīng)式相減時，要約去正極的反應(yīng)物O₂。

以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書寫方法：

1、酸性條件

燃料電池總反應(yīng)：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O①

燃料電池正極反應(yīng)：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O②

①-②×2，得燃料電池負極反應(yīng)：CH₄-8e^-+2H₂O=CO₂+8H⁺

2、堿性條件

燃料電池總反應(yīng)：CH₄+20₂+2NaOH=Na₂CO₃+3H₂O①

燃料電池正極反應(yīng)：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-②

①-②×2，得燃料電池負極反應(yīng)：CH₄+10OH^--8e^-=CO+7H₂O

3、固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)O2^-）

燃料電池總反應(yīng)：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O①

燃料電池正極反應(yīng)：O₂+4e^-=20^2-②

①-②×2，得燃料電池負極反應(yīng)：CH₄+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O

4，熔融碳酸鹽（如：熔融K2CO3）環(huán)境下

電池總反應(yīng)：CH4+2O2＝CO2+2H2O。正極電極反應(yīng)式：O2+2CO2+4e－＝2CO。電池總反應(yīng)-正極電極反應(yīng)式得負極反應(yīng)式：CH4+4CO -8e－=

5CO2+2H2O

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