高中化学必考8个燃料电池的方程式(2)

一、氢氧燃料电池

氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨 做电

极材料，负极通入H2，正极通入 O2，总反应 为：2H2 +

O2 === 2H2O 电极反应特别要注意电

解质，有下列三种情况：

1、电解质是KOH溶液（碱性电解质）

负极：H2 – 2e- + 2OH— === 2H2O (氧化反应)

正极：O2 + H2O + 4e- === OH—(还原反应)

总反应方程式 2H2 + O2 === 2H2O

2、电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）

负极：H2 –2e- === 2H+ (氧化反应)

正极：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O (还原反应)

总反应方程式 2H2 + O2 === 2H2O

负极：H2 – 2e- === 2H+(氧化反应)

正极：O2 + H2O + 4e- === 4OH—

总反应方程式 2H2 + O2 === 2H2O

说明1、碱性溶液反应物、生成物中均无H+ 2、.水溶液中不能出现O2-

3、中性溶液反应物中无H+ 和OH-— 4、酸性溶液反应物、生成物中均无OH-

二、甲醇燃料电池

3、电解质是NaCl溶液（中性电解质）

1．碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：3O2 + 12e- + 6H20=== 12OH- (还原反应)

负极：2CH3OH – 12e- + 16OH— === 2CO32- +12H2O (氧化反应)

总反应方程式 2CH3OH + 3O2 + 4KOH === 2K2CO3 + 6H2O

2. 酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）

正极：3O2 + 12e-- + 12H+ == 6H2O (还原反应)（注：乙醇燃料电池与甲醇

负极：2CH3OH –12e- +2H2O==12H++2CO2 (氧化反应) 燃料电池原理基本相）

总反应式 2CH3OH + 3O2 === 2CO2 + 4H2O (氧化反应)

三、CO燃料电池 （总反应方程式均为： 2CO ＋ O2 ＝ 2CO2）

1、熔融盐（铂为两极、Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质，CO为负极燃气，

空气与CO2的混合气为正极助燃气）

正极： O2 ＋ 4e- ＋ 2CO2 ＝ 2CO32-- (还原反应)

负极： 2CO＋2CO32- – 4e- ==4CO2 (氧化反应)

2、酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）

正极： O2 + 4e-- + 4H+ == 2H2O (还原反应)

负极： 2CO – 4e- + 2H2O == 2CO2 +4H+ (氧化反应)

四、肼燃料电池（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极： O2 + 2H2O + 4e- == 4OH— (还原反应)

负极： N2H4 + 4OH— -- 4e- == N2 + 4H2O (氧化反应)

总反应方程式 N2H4 + O2=== N2 + 2H2O

五、甲烷燃料电池

1．碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极： 2O2 + 2H2O + 8e- == 8 OH— (还原反应)

负极： CH4 + 10OH—-- 8e- == CO32- + 7H2O (氧化反应)

总反应方程式 CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O

2、酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）

正极： 2O2 + 8e- + 8H+ == 4H2O (还原反应)

负极： CH4 -- 8e- + 2H2O == 8H+ + CO2 (氧化反应)

总反应方程式 CH4 + 2O2 === CO2 + 2H2O

六、丙烷燃料电池（铂为两极、正极通入O2和CO2、负极通入丙烷、电解液有三种）

1、电解质是熔融碳酸盐（K2CO3或Na2CO3）

正极 ： 5O2 + 20e- + 10CO2 == 10CO32- (还原反应)

负极 ： C3H8 -- 20e-+ 10CO32- == 3CO2 + 4H2O (氧化反应)

总反应方程式 C3H8 + 5O2 === 3CO2 + 4H2O

2、酸性电解质 （电解液H2SO4溶液）

正极 ： 5O2 + 20e- + 26H+ == 10H2O (还原反应)

负极 ： C3H8 -- 20e- + 6H2O == 3CO2 + 20 H+ (氧化反应)

总反应方程式 C3H8 + 5O2 === 3CO2 + 4H2O

3、碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极 ： 5O2 + 20e- + 10H2O == 20OH— (还原反应)

负极 ： C3H8 -- 20e-+ 26 OH— == 3CO32- + 17H2O (氧化反应)

总反应方程式 C3H8 + 5O2 +6KOH === 3 K2CO3 + 7H2O

七、乙烷燃料电池 （铂为两极、电解液KOH溶液）

正极 ： 7O2 + 28e- + 14H2O == 28OH— (还原反应)

负极 ： 2C2H6 -- 28e-+ 36 OH— == 4CO32- + 24H2O (氧化反应)

总反应方程式 2C2H6 + 7O2 + 8KOH === 4K2CO3 + 10H2O

氢氧燃料电池以碱为电解质放电反应 正极（O2）反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-（还原反应）， 负极（H2）：2H2-4e-+4OH-=4H2O（氧化反应） 总反应：2H2+O2=2H2O

1、燃料电池总反应方程式的书写

因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，可根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应方程式，但要注意燃料的种类。若是氢氧燃料电池，其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解质溶液的酸碱性变化而变化，即2H2+O2=2H2O。若燃料是含碳元素的可燃物，其电池总反应方程式就与电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有关，如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在碱性电解质中生成CO32-离子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。

2、燃料电池正极反应式的书写

因为燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式，正极反应的本质都是O2得电子生成O2-离子，故正极反应式的基础都是O2＋4e-=2O2-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是非常重要的一步。现将与电解质有关的五种情况归纳如下。

⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）

在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2-离子结合的微粒有H+离子和H2O，O2-离子优先结合H+离子生成H2O。这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O。

⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）

在中性或碱性环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子只能结合H2O生成OH-离子，故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为O2＋2H2O+4e-=4OH-。

⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物）

在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子可结合CO2生成CO32-离子，则其正极反应式为O2＋2CO2+4e-=2CO32-。

⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇）

该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O2＋4e-=2O2-。

综上所述，燃料电池正极反应式本质都是O2＋4e-=2O2-，在不同电解质环境中，其正极反应式的书写形式有所不同。因此在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。