燃料电池电极反应式的书写技巧

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。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，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+H2CO32-+H2O；正极：O2OH-；

第二步，标上转移的电子数，负极：CO+H2CO32-+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-。