燃料电池电极反应式的书写
电极:惰性电极。
燃料包含:H2;烃如:CH4;醇如:C2H5OH等。
电解质包含:
①酸性电解质溶液如:H2SO4溶液;
②碱性电解质溶液如:NaOH溶液;
③熔融氧化物如:Y2O3;
④熔融碳酸盐如:K2CO3等。
第一步:写出电池总反应式
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。
如氢氧燃料电池的总反应为:2H2+O2=2H2O;甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应为:
CH4+2O2=CO2+2H2O①
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②
①式+②式得燃料电池总反应为:CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O
第二步:写出电池的正极反应式
根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,其实,我们只要熟记以下四种情况:
(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式:O2+4H++4e-=2H2O
(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式:O2+2H2O+4e-=4OH-
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式:O2+4e-=2O2-
(4)熔融碳酸盐(如:熔融K2CO3)环境下电极反应式:
O2 +2CO2+4e-=2CO 。
第三步:根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式
电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系:电池的总反应式=电池正极反应式+电池负极反应式
故根据第一、二步写出的反应,有:电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式,注意在将两个反应式相减时,要约去正极的反应物O2。
以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法:
1、酸性条件
燃料电池总反应:CH4+2O2=CO2+2H2O①
燃料电池正极反应:O2+4H++4e-=2H2O②
①-②×2,得燃料电池负极反应:CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+
2、碱性条件
燃料电池总反应:CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O①
燃料电池正极反应:O2+2H2O+4e-=4OH-②
①-②×2,得燃料电池负极反应:CH4+10OH--8e-=CO+7H2O
3、固体电解质(高温下能传导O2-)
燃料电池总反应:CH4+2O2=CO2+2H2O①
燃料电池正极反应:O2+4e-=202-②
①-②×2,得燃料电池负极反应:CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O
4,熔融碳酸盐(如:熔融K2CO3)环境下
电池总反应:CH4+2O2=CO2+2H2O。正极电极反应式:O2+2CO2+4e-=2CO。电池总反应-正极电极反应式得负极反应式:CH4+4CO -8e-=
5CO2+2H2O