化学电池论文燃料电池论文

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1、化学电池论文燃料电池论文燃料电池电极方程式的书写摘要：燃料电池是一种不经过燃烧，通过化学反应将燃料的化学能直接转化为电能的装置。很多中学生对其电极方程式的书写有困难，文章按照电解质的不同，介绍了水性电解质、固体氧化物电解质和熔融碳酸盐电解质等类型的燃料电池的电极反应方程式的书写方法。　　关键词：燃料电池；电极方程式；水性电解质；固体氧化物；熔融碳酸盐　　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

2、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，介绍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

3、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

4、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＋

5、＝２Ｈ２Ｏ；　　ＮａＯＨ溶液：（－）Ｈ２－２ｅ－＋２ＯＨ－＝２Ｈ２Ｏ，（＋）Ｏ２＋４ｅ－＋２Ｈ２Ｏ＝４ＯＨ－；　　Ｎａ２ＳＯ４溶液：（－）Ｈ２－２ｅ－＝２Ｈ＋，（＋）Ｏ２＋４ｅ－＋２Ｈ２Ｏ＝４ＯＨ－。　　将这些正负极反应叠加起来，得到氢氧燃料电池的总反应都是２Ｈ２＋Ｏ２＝２Ｈ２Ｏ。　　例２．写出甲烷燃料电池以ＫＯＨ为电解质的电极反应方程式。　　解析：该电池的组成可以表示为（－）ＣＨ４—ＫＯＨ—Ｏ２（＋），第一步写出该电池的总反应，ＣＨ４的燃烧反应为：ＣＨ４＋２Ｏ２＝ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ，但注意生成的ＣＯ２

6、要和电解质溶液ＫＯＨ发生反应：ＣＯ２＋２ＫＯＨ＝Ｋ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ，将上述两方程式叠加，得到该燃料电池的总反应：ＣＨ４＋２Ｏ２＋２ＫＯＨ＝Ｋ２ＣＯ３＋３Ｈ２Ｏ。第二步写出Ｏ２在正极的反应，根据前面的介绍，可以写出Ｏ２在碱性溶液ＫＯＨ中的电极反应：Ｏ２＋４ｅ－＋２Ｈ２Ｏ＝４ＯＨ－。将正极反应和总反应中Ｏ２的计量数化为相同值，即为２Ｏ２＋８ｅ－＋４Ｈ２Ｏ＝８ＯＨ－。第三步凑出负极反应为：ＣＨ４－８ｅ－＋１０ＯＨ－＝ＣＯ３２－＋７Ｈ２Ｏ，即ＣＨ４在负极被氧化成ＣＯ２，在碱性溶液中转变成ＣＯ３２－和Ｈ２Ｏ。　

7、　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，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（＋）。　　例３．一种新燃料电池，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（ＺｒＯ２）晶体，在熔融状态下能传导Ｏ２－。下列对该燃料电池说法正确的是（）　　Ａ．在熔融电解质中，Ｏ２－由负极移向正极　　Ｂ．电池的

8、总反应是：２Ｃ４Ｈ１０＋１３Ｏ２→８ＣＯ２＋１０Ｈ２Ｏ　　Ｃ．通入空气的一极是正极，电极反应为：Ｏ２＋４ｅ－＝２Ｏ２－　　Ｄ．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：Ｃ４Ｈ１０＋２６ｅ－＋１３Ｏ２－＝４ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ　　解析：该电池的组成为（－）Ｃ４Ｈ１０—ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３—Ｏ２（＋）。总反应为Ｃ４Ｈ１０的燃烧反应：２Ｃ４Ｈ１０＋１３Ｏ２＝８ＣＯ２＋１０Ｈ２Ｏ，正极反应为Ｏ２＋４ｅ－＝２Ｏ２－，Ｏ２－为阴离子，在原电池装置中向负极移动，将正极反应系数调整，