原電池知識是中學(xué)化學(xué)中的重要基本概念,，也是近年來高考的熱點，在學(xué)習(xí)原電池時,，學(xué)生最感到困難的是電極反應(yīng)式的書寫,，特別燃料電池的電極反應(yīng)式的書寫，為了幫助同學(xué)們準(zhǔn)確把握這類電池的電極反應(yīng)式的寫法,，我結(jié)合自己的教學(xué)體會談?wù)勥@方面的問題,，供大家參考。 

燃料電池是一種不經(jīng)燃燒,，將燃料的化學(xué)能經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,，它和其它電池中的氧化還原反應(yīng)一樣，都是自發(fā)的化學(xué)反應(yīng),，不會發(fā)出火焰,，其化學(xué)能可以直接轉(zhuǎn)化為電能的一種電池。燃料即化石燃料以及由此得到的衍生物,，如氫,、肼、烴,、煤氣等液體和氣體燃料,；氧化劑僅限于氧和空氣。燃料電池基本結(jié)構(gòu)與一般化學(xué)電源相同,，由正極（氧化劑電極）,、負(fù)極（燃料電極）和電解質(zhì)構(gòu)成，但其電極本身僅起催化和集流作用,。燃料電池工作時,，活性物質(zhì)由外部供給，因此,，原則上說,，只要燃料和氧化劑不斷地輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷地排出,，燃料電池就可以連續(xù)放電,，供應(yīng)電能。

氫氧燃料電池基本結(jié)構(gòu)

所有的燃料電池的工作原理都是一樣的,，其電極反應(yīng)的書寫同樣是有規(guī)律可循的,。書寫燃料電池電極反應(yīng)式的步驟類似于普通原電池，在書寫時應(yīng)注意以下幾點： 

1.電池的負(fù)極一定是可燃性氣體,，失電子,，元素化合價升高,，發(fā)生氧化還原反應(yīng)；電池的正極一定是助燃性氣體,，得電子,，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng),。 

2.燃料電池兩電極材料一般都不參加反應(yīng),，反應(yīng)的是通到電極上的燃料和氧氣，兩電極只是傳導(dǎo)電子的作用,。 

3.電極反應(yīng)式作為一種特殊的離子反應(yīng)方程式,，也必需遵循原子守恒，得失電子守恒,，電荷守恒。 

4.寫電極反應(yīng)時,，一定要注意電解質(zhì)是什么,，其中的離子要和電極反應(yīng)中出現(xiàn)的離子相對應(yīng)，在堿性電解質(zhì)中,，電極反應(yīng)式不能出現(xiàn)氫離子,，在酸性電解質(zhì)溶液中，電極反應(yīng)式不能出現(xiàn)氫氧根離子,。 

5.正負(fù)兩極的電極反應(yīng)式在得失電子守恒的條件下,，相疊加后的電池反應(yīng)必須是燃料燃燒反應(yīng)和燃料產(chǎn)物于電解質(zhì)溶液反應(yīng)的疊加反應(yīng)式。 

例1: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(fù)極通入H₂,，正極通入 O_2，電解質(zhì)溶液通常選用KOH,。在負(fù)極上氫氣失去電子變成 H⁺進(jìn)入溶液,，H⁺又與溶液中的OH^-繼續(xù)反應(yīng)生成H₂O，因此在負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為H₂ + 2e^- = 2H⁺ ,2H⁺ + 2OH^- = 2H₂O,所以： 負(fù)極的電極反應(yīng)式為：H₂ – 2e^- + 2OH^- = 2H₂O,； 正極是O₂得到電子,，即：O₂ + 4e- = 2O^2- ，O^2-在堿性條件下不能單獨存在,，只能結(jié)合H₂O生成OH^-即：2O^2- + 2H₂O = 4OH^- ,，因此，正極反應(yīng)式為：O₂ + H₂O + 4e- = 4OH^- ,。 總反應(yīng)為：2H₂ + O₂ = 2H₂O ,；若在酸性條件下， 負(fù)極反應(yīng)式為：H₂ +2e^- = 2H⁺ ,正極反應(yīng)式為：O₂ + 4H⁺ + 4e^- = 2H₂O(O₂ + 4e^- = 2O^2- ,，2O^2- + 4H⁺ = 2H₂O)     總反應(yīng)為：2H₂ + O₂ = 2H₂O,。
   

例2:甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）,， 甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH，生成的CO₂還要與KOH反應(yīng)生成K₂CO₃,，所以總反應(yīng)為：CH₄ + 2KOH+ 2O₂ = K₂CO₃ + 3H₂O,。

負(fù)極反應(yīng)有：CH₄ – 8e- + 8OH^- = CO₂ + 6H₂O    CO₂ + 2OH^- = CO₃^2- + H₂O， 負(fù)極反應(yīng)式為：CH₄ + 10OH^- + 8e- = CO + 7H₂O

正極發(fā)生的反應(yīng)有：O₂ + 4e- = 2O^2- 和O^2- + H₂O = 2OH^-

所以正極反應(yīng)式為：O₂ + 2H₂O + 4e- = 4OH^-
  

[技巧1]燃料電池的負(fù)極反應(yīng),，一般較難寫出,，而正極反應(yīng)和電池總反應(yīng)卻較易寫出。用電池總反應(yīng)減去正極反應(yīng)可得負(fù)極反應(yīng),，這是寫負(fù)極反應(yīng)式的一種巧妙方法,。

甲烷燃料電池總離子反應(yīng)式為：CH₄ + 2OH^-+ 2O₂ = CO + 3H₂O ①

正極反應(yīng)式為：O₂ + 2H₂O + 4e- = 4OH^- ②

故負(fù)極反應(yīng)式應(yīng)為：①-②＊2 即得CH₄ + 10OH^- - 8e- = CO + 7H₂O

[技巧2]根據(jù)得失電子守恒，原子守恒,，電荷守恒直接書寫較復(fù)雜的負(fù)極電極反應(yīng)式,。

負(fù)極中，甲烷被氧化為二氧化碳,，二氧化碳在堿性條件不能存在,，結(jié)合氫氧根生成碳酸根。甲烷中碳元素化合價由-4價升高到碳酸根中的+4價,，故1 mol甲烷失去8 mol電子,，結(jié)合OH^-生成1 mol CO，再根據(jù)電荷守恒,，電極反應(yīng)式右側(cè)CO帶兩個單位負(fù)電荷,，故左側(cè)應(yīng)該有10 mol OH-,再根據(jù)原子守恒，電極反應(yīng)式右側(cè)加上7 mol H₂O,。即得CH₄ + 10OH^- - 8e- = CO + 7H₂O

例3:熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率,，因而受到重視，可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物作電解質(zhì),，CO為陽極燃?xì)?，空氣與CO₂的混合氣為陰極助燃?xì)猓频迷?50 ℃下工作的燃料電池,，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：

負(fù)極反應(yīng)式：2CO＋2CO4CO₂＋4e^－

正極反應(yīng)式：                            ,。

總電池反應(yīng)式：                          。

解析：根據(jù)題意可以判斷CO做為反應(yīng)的還原劑,，即在反應(yīng)中失去電子,，做原電池的負(fù)極；空氣與CO₂做正極,，所以在正極上是O₂得到電子：O₂＋2H₂O＋4e^-＝4OH^-,，這是在不考慮二氧化碳的情況下寫的正極反應(yīng)，所以當(dāng)我們考慮到正極上的物質(zhì)時,，正極反應(yīng)就變成了

O₂＋4e^-＋2CO₂＝2 CO,，總反應(yīng)在正負(fù)極的是電子數(shù)目相等情況下把兩個電極反應(yīng)相加即可：O₂＋2CO＝2CO₂,。

習(xí)題專練：

某原電池中盛有KOH濃溶液，若分別向________(填“正”或“負(fù)”,，下同)極通入可燃性氣體,，向________極通入O₂，則電路中就有電流通過,，試完成下列問題：

答案：負(fù) 正

總之,，對于原電池的電極反應(yīng)式的書寫來說，最重要的是明白原電池的工作原理,，這一點對學(xué)生來說不難理解,，但是對于有電解質(zhì)溶液參與的電極反應(yīng)來說就不知如何是好，正負(fù)極也能找到,，就是寫不出電極反應(yīng)式,，負(fù)極失電子正極得電子都知道，卻忽略了得失電子變成離子后要進(jìn)入溶液中,，如果溶液中存在的離子與在正極負(fù)極得失電子變成的離子不能共存,，則要繼續(xù)反應(yīng)，反之,，不反應(yīng)共存于溶液中。如果能分析清楚這些,，那么難題也就迎刃而解了,。