有机物电极方程式书写.doc

有机物燃料电池电极反应是的书写
历城第二中学HYPERLINK"http://gz2011.qlteacher.com/Student/60390269"任玉红2011年7月19日15:31
有机物燃料电池电极反应式的书写
在燃料电池的学习过程中，学生感觉比较困难的是电极反应式的书写问题，特别是初学者，象老虎吃天，无从下口。如何解决这一难题呢，笔者认为首先应该明确原理，然后在理解的基础上总结规律，从而顺畅的书写出电极反应式。
燃料电池是一种不经燃烧，将燃料的化学能经过电化学反应直接转变为电能的装置，它和其它电池中的氧化还原反应一样，都是自发的化学反应，与燃料气直接燃烧时最大的不同点是燃料电池中不会发出火焰，其化学能可以直接转化为电能的一种电池。
有机物燃料电池与教材中介绍的氢氧燃料电池的工作原理是一样的，两个电极材料为
氢氧燃料电池结构示意图
多孔石墨，电解质溶液为氢氧化钾溶液或稀硫酸溶液，负极上通入有机物燃料气体（甲烷、乙烷、甲醇、乙醇等），燃料气体在负极上发生失去电子的氧化反应，正极上通入的气体为氧气或空气，发生得电子的还原反应。书写电解反应式的难点在于石墨电极是浸入电解质溶液中的，电极上的产物与电解质溶液可能发生反应。下面以甲烷燃料电池（电解质溶液为氢氧化钾溶液）为例，具体谈一下几种不同的写法。
（1）间接写法：在有机物燃料电池中，正极反应式和电池总反应式是比较容易写的，相对比较难写的是负极上的电极反应式，我们知道正、负极的电极反应式的加和就是总反应式，因此可以先写总反应，减去正极反应式就是负极反应式。
甲烷的燃烧反应：CH4+2O2→CO2+2H2O，CO2逸出时遇KOH溶液反应生成K2CO3,电池的总反应为CH4+2KOH+2O2→K2CO3+3H2O，电极反应一般为离子方程式，将此反应改为离子反应式：CH4+2OH-+2O2→CO32-+3H2O------①；再写出正极的电解反应式：O2+4e-+2H2O→4OH--------②，由①－2×②得：CH4+10OH-→CO32-+8e-+7H2O。
这是一种比较简单的巧妙的写法。
（2）直接写法：根据电池的工作原理，负极上燃料气发生失去电子的氧化反应，甲烷在石墨电极上被氧化生成CO2气体，在负极逸出时遇到KOH溶液，继续反应生成K2CO3进入电解质溶液中，表示出该过程：CH4+＿OH-→CO32-+＿e-，后续的问题是配平，根据化合价变化先配平电子数，CH4中C的化合价为-4价，CO32-的化合价为+4价，化合价升高8，失去8个电子；再根据电荷守恒配平OH-，CO32-带两个单位的负电荷，8个电子带8个单位的负电荷，电极反应式右侧共带10个单位负电荷，所以OH-的系数为10；然后根据元素守恒，左侧有氢元素，右侧没有，左侧氧原子多，右侧少，因此右侧还应该有H2O分子，根据氢原子个数守恒，H2O的系数为7，最后用检验两侧氧原子是否相等。因此负极反应式：CH4+10OH-→CO32-+8e-+7H2O。
该写法看似繁琐，但理解之后，写起来比较快，准确率高。我们可以把这种写法总结出一个模式如下：（电解质溶液为碱性）
有机燃料气体+③OH-→①CO32-+②e-+④H2O，①②③④分别为对应离子或分子的系数。①根据有机燃料气体中碳原子数确定；②根据碳元素的化合价升高数值确定；③根据离子方程式电荷守恒确定；④根据氢原子个数守恒确定。
如乙醇燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）负极电极反应式书写：
CH3CH2OH+③OH-→①CO32-+②e-+④H2O，①为2；乙醇中碳元素的化合价为-2价，CO32-中碳元素为+4价，升高6，②为6×2=12；右侧负电荷数为16，③为16；④为11；所以：CH3CH2OH+16OH-→2CO32-+12e-+11H2O.
类似的，有机物燃料电池（酸性）负极电极反应式书写模式：
有机物燃料气体+④H2O→①CO2+②e-+③H+，配平方法与上述类似。