高中化學

是原電池中一種比較特殊的電池，它與原電池形成條件有一點相悖，就是不一定兩極是兩根活動性不同的電極，也可以用相同的兩根電極。燃料電池有很多，下面主要介紹幾種常見的燃料電池，希望達到舉一反三的目的。

燃料電池方程式書寫

燃料電池的電極反應（主要是負極的電極方程式）是一個難點。我們知道，一般的燃料電池大多是可燃性物質（主要是可燃性氣體）與氧氣及電解質溶液共同組成的原電池，雖然可燃性物質與氧氣在不同的電極反應，但其總反應方程式是可燃物在氧氣中燃燒。

由于涉及電解質溶液，所以燃燒產物可能還要與電解質溶液反應，再寫出燃燒產物與電解質溶液反應的方程式，從而得到總反應方程式。由于在反應中氧氣由0價變為－2價，所以肯定是O2得電子，即O2作氧化劑是正極，即可寫出正極的電極反應式：O2+4e+2H2O=4OH_①(該反應式為常見的絕大多數燃料電池的正極反應式)。

若此時電解質溶液為酸性，則反應過程可以理解為：正極上首先發生：O2+4e-=2O2-由于在酸性環境中大量存在H+故O2-會與H+結合成H20，故正極反應式應為：O2+4e-＋4H+＝2H2O②

若電解質為中性或堿性時，則正極反應式就只是①。此時負極反應式就可由總電極方程式減去正極的電極方程式得到（注意要將方程式中的氧氣抵消掉）。

（1）直接法書寫電極反應式：（以氫氧燃料電池為例）

解析：H2、O2燃料電池中反應實質為：2H2+O2=2HO

電極上H2-2e-=2H+O2+4e-=2O2+

在不同環境中H+、O2-會與電解質發生不同的反應，故電極反應也相應不同：

①、酸性環境中：H+能穩定存在，O2-會與H+結合成H20，

負極：2H2-4e-=4H+正極：O2+4H++4e-=2H2O

②、堿性環境中：H+不能穩定存在會與OH-結合成水，而O2-也不能穩定存在會與水結合形成OH-

負極：2H2-4e-+4OH-=4H20正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

③、中性環境中：H+能穩定存在：02-會與H20結合成OH-：

負極：2H2-4e-=4H+正極：O2+2H20+4e-=4OH-

④、在能傳導O2-的固體電解質中：由于O2-能存在，而H+會與固體電解質中O2-結合形成水

負極：2H2-4e-+2O2-=2H2O正極：O2+4e-=2O2-

（2）加減法書寫電極方程式：

由甲醇和氧氣以及強堿作電解質溶液的新型手機電池。

解析：CH3OH+O2→CO2+H2O……①

但：CO2在堿性環境中不存在，會與OH-反應生成CO32-

CO2+2OH-=CO32-+H2O……②

故將①、②式進行疊加即為總反應：

2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O……③

由于正極反應式為：O2+2H2O+4e-=4OH_……④由于電解質溶液為堿性，所以正極的產物不再進一步反應，則負極的反應式為總反應方程式減去正極的反應式得到：

2CH3OH+3O2＋4OH--3O2-6H2O-12e-=2CO32-+6H2O-12OH-

調整之后得（負極）：CH3OH＋8OH-－6e-＝CO32-＋6H2O

幾種常見的燃料電池

一、氫氧燃料電池

氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑（Pt）或石墨做電極材料，負極通入H2，正極通入O2，總反應為：2H2+O2=2H2O。電極反應特別要注意電解質，有下列三種情況：

1．電解質是KOH溶液（堿性電解質）

負極發生的反應為：H2–2e-=2H+，2H++2OH-=2H2O,所以：負極的電極反應式為：H2–2e-+2OH-=2H2O；

正極是O2得到電子，即：2O2+4e-=2O2-，O2-在堿性條件下不能單獨存在，只能結合H2O生成OH-即：2O2-+2H2O=4OH-，因此，正極的電極反應式為：O2+H2O+4e-=4OH-。

2．電解質是H2SO4溶液（酸性電解質）

負極的電極反應式為：H2–2e-=2H+

正極是O2得到電子，即：O2+4e-=2O2-，O2-在酸性條件下不能單獨存在，只能結合H+生成H2O即：O2-+2H+=H2O，因此正極的電極反應式為：O2+4H++4e-=2H2O

3.電解質是NaCl溶液（中性電解質）

負極的電極反應式為：H2–2e-=2H+

正極的電極反應式為：O2+H2O+4e-=4OH-

說明：

1.堿性溶液反應物、生成物中均無H+

2.酸性溶液反應物、生成物中均無OH-

3.中性溶液反應物中無H+和OH-

4.水溶液中不能出現O2-

二、甲烷燃料電池

甲烷燃料電池以多孔鎳板為兩極,電解質溶液為KOH，生成的CO2還要與KOH反應生成K2CO3，所以總反應為：CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O。

負極發生的反應：CH4–8e-+8OH-=CO2+6H2OCO2+2OH-=CO32-+H2O，所以：

負極的電極反應式為：CH4+10OH-+8e-=CO32-+7H2O

正極發生的反應有：O2+4e-=2O2-和O2-+H2O=2OH-所以：

正極的電極反應式為：O2+2H2O+4e-=4OH-

說明：掌握了甲烷燃料電池的電極反應式，就掌握了其它氣態烴燃料電池的電極反應式。

三、甲醇燃料電池

甲醇燃料電池以鉑為兩極,用堿或酸作為電解質：

1．堿性電解質（KOH溶液為例）

總反應式：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O

正極的電極反應式為：3O2+12e-+6H2O=12OH-

負極的電極反應式為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O

2.酸性電解質（H2SO4溶液為例）

總反應:2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

正極的電極反應式為：3O2+12e-+12H+=6H2O

負極的電極反應式為：2CH3OH-12e-+2H2O=12H++2CO2

說明：乙醇燃料電池與甲醇燃料電池原理基本相同

四、鋁–空氣–海水電池

我國首創以鋁–空氣–海水電池作為能源的新型海水標志燈，以海水為電解質，靠空氣中的氧氣使鋁不斷被氧化而產生電流。只要把燈放入海水中數分鐘，就會發出耀眼的白光。

電源負極材料為：鋁；電源正極材料為：石墨、鉑網等能導電的惰性材料。

負極的電極反應式為：

4Al－12e－=4Al3+；

正極的電極反應式為：

3O2+6H2O+12e－=12OH－

總反應式為：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3

說明:鋁板要及時更換,鉑做成網狀是為了增大與氧氣的接觸面積。