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回收之家2024-04-06 11:10:1548

  燃料电池是高考的热点之一,一般来说,对于负极反应式的书写,以及离子移动的方向考察得较多。下面说一下燃料电池电极反应式的书写方法。

  1、产物判断规则

  一般来说,负极反应物一般为燃料,常常含有碳元素和氢元素,有时也含有氧元素。在酸性溶液(如硫酸溶液)下,负极燃料失电子,C元素变为+4价,转化为CO?;H元素转化为H?,氧元素结合H?转化为水。在碱性溶液(如氢氧化钠溶液)下,负极燃料失电子,C元素转化为碳酸根离子,+1价的氢元素不能在碱性条件下以离子形态稳定存在,结合OHˉ生成水,氧元素变成氢氧根离子或者水。

  2、得失电子数目的求算

  燃料分子失电子的数目,可根据整体化合价变化情况进行求算,也可以直接根据分子所含的原子数目进行计算。1mol的CxHyOz失去电子的数目为4x+y-2z(碳四氢一氧减二)。我们可以计算,每个C?H?失电子数为4×3+1×8=20,每个C?H?OH分子失电子数为4×2+1×6-2=12。

  3、配平方法

  电极方程式是一种特殊的离子方程式,满足离子方程式的原子守恒和电荷守恒。因此依据原子守恒和电荷守恒可以配平负极反应方程式。注意在使用电荷守恒时,减去电子的数目相当于加上同等数目的负电荷。如CH?OH﹣8eˉ+10OHˉ=CO??2;¯+7H?O,左边为1×8+(-1)×10=-2,有两个负电荷,右边为-2×1=-2,同样有两个负电荷,所以两边电荷守恒。碱性条件下常常用氢氧根调节电荷平衡和氧元素平衡,酸性条件下常常使用氢离子调节电荷平衡和氧元素平衡。

  4、实例分析

  例1:写出以KOH为电解质溶液的二甲醚燃料电池中正、负极发生的电极反应式

  解析:负极CH?OCH?失电子数为4×2+1×6-2=12,在碱性溶液中失电子后的产物为CO??2;¯和H?O,因此,负极反应式为CH?OCH?-12eˉ→2CO??2;¯+H?O;仔细观察可知:右边有4个负电荷,而左边有12个正电荷,为了使两边电荷守恒,左边加16个OH-,最终可得负极反应式为CH?OCH?-12eˉ+16OHˉ= 2CO??2;¯ +11H?O。

  例2:写出以HCl为电解质溶液的C?H?OH燃料电池中负极发生的电极反应式

  解析:负极C?H?OH失电子数为4×3+1×8-2=18,在酸性溶液中失电子后的产物为CO?和H?,因此,负极反应式为C?H?OH-18eˉ —— 3CO?+H?;仔细观察可知:左边有1个O,而右边有6个O,酸性溶液中能提供氧的是H?O,为了使两边O原子守恒,我们需要在左边加5个H?O,最终可得负极反应式为:C?H?OH-18eˉ+ 5H?O=3CO? + 18H?。(也可以采用电荷守恒的方法来配平更为简单:左边18个正电荷,因此右边H?的系数为18,再根据原子守恒来配H?O的系数)。

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