化学自习室移动版

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O^2－)环境下电极反应式：O₂＋4e^-=O^2－

(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O^2－)

燃料电池总反应：CH₄＋2O₂=CO₂＋2H₂O①

燃料电池正极反应：O₂＋4e^-=2O^2－②

①－②×2，得燃料电池负极反应：CH₄＋O^2－－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