论文部分内容阅读
摘要：通过列举不同类型的燃料电池的电极反应式的书写方法和书写技巧，说明如何既快又准地书写燃料电池的电极反应式，培养学生灵活运用知识的能力。
关键词：燃料电池 电极反应式 质量守恒 电荷守恒 电子守恒
燃料电池的电极反应式的书写一直是个难点，让学生很头疼，有些甚至根本无从下手，一片茫然。笔者通过多年的教学实践，发现只要掌握了一定的书写技巧规律，灵活应变，写起来也可很轻松，游刃有余。
1 要准确的确定电极反应物：燃料恒为负极反应物，助燃剂（O2）恒为正极反应物。
2 要把握一些书写规则。
2.1正极电极反应式的书写规则：
氧气得电子后变成氧离子，氧离子在熔融盐中能稳定存在；在溶液中就不能稳定存在，要结合氢。若是酸性溶液就结合酸电离出的氢离子变成水；若是碱性溶液或中性溶液，就结合水电离出的氢离子变成氢氧根离子。
例：氢氧燃料电池，若用碱溶液作电解质溶液，则正极电极反应式为：O2+4e-+2H2O=40H- ，若用酸溶液作电解质溶液，则正极电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O
其实对任何燃料电池来说，其正极电极反应式的书写方法都如上所述进行书写，相对简单，容易掌握，考得也很多。而负极电极反应式的书写则比较灵活，千变万化，很难理出头绪，不容易掌握。那就需要一定的技巧和方法。
2.2负极电极反应式的书写规则：
写出燃料燃烧的化学反应方程式，再根据电解质溶液的酸碱性确定燃料燃烧的最终产物也就是负极的最终产物，然后根据元素的价态变化确定失去的电子数（在算电子时，价态的计算可整体计算），最后由质量守恒电荷守恒和得失电子守恒书写出完整的负极电极反应式。对于很复杂的情况，可用燃料电池总反应方程式减去正极电极反应式得到负极的电极反应式。
例1：氢氧燃料电池，若碱溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_____________；若酸溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_________________。
解析：氢氧燃料电池中氢气为负极反应物，一个氢分子失去两个电子变成两个氢离子，若溶液呈碱性，则氢离子不能大量稳定存在，要与氢氧根离子反应生成水，则负极电极反应式为：H2-2e-+20H-=2H2O；若溶液呈酸性，氢离子就能稳定存在，是最终产物。则负极电极反应式为：H2-2e-= 2H+。
例2：甲烷燃料电池，若碱溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_____________；若酸溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_________________。
解析：甲烷燃料电池中甲烷为负极反应物，燃烧生成二氧化碳和水。若为碱性溶液，二氧化碳就会与碱反应生成碳酸根离子和水，从而确定最终产物为碳酸根离子和水，反应物为甲烷和氢氧根离子。碳的价态变化为：反应前一个碳为-4价，反应后一个碳为+4价，化合价共变化8价，所以失去的电子就为8个，由碳元素守恒确定碳酸根离子为1，再由电荷守恒确定氢氧根离子为10，最后由氢或氧守恒确定水为7。则负极电极反应式为：CH4-8e-+100H-=C032-+7H2O；若为酸性溶液，最终产物初步确定为二氧化碳和水，失去的电子数仍然为8个，由电荷守恒知右边应该是8个氢离子而不应该是水，再由质量守恒知左边应该还有水且为2个。所以负极电极反应式为：CH4-8e-+2H2O =C02+8H+
例3：丁烷燃料电池，若碱溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_____________；若酸溶液作电解质溶液，负极电极反应式为______________。
解析：丁烷燃料电池中丁烷为负极反应物，燃烧生成二氧化碳和水。若为碱性溶液，二氧化碳就会与碱反应生成碳酸根离子和水，从而确定最终产物为碳酸根离子和水，反应物为丁烷和氢氧根离子。碳的价态变化是反应前四个碳共为-10价，反应后4个碳共为+16价，化合价共变化26价，所以失去的电子就为26个，由碳元素守恒确定碳酸根离子为4，再由电荷守恒确定氢氧根离子为34，最后由氢或氧守恒确定水为22。则负极电极反应式为：C4H10-26e-+340H-=4C032-+22H2O；若为酸性溶液，最终产物初步确定为二氧化碳和水，失去的电子数仍然为26个，由电荷守恒知右边应该是26个氢离子而不应该是水，再由质量守恒知二氧化碳为4且左边应该还有水且为8个。所以负极电极反应式为：：C4H10-26e-+8H2O =4C02+26H+
例4：乙醇燃料电池，若碱溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_____________；
若酸溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_____________________。
解析：乙醇燃料电池中乙醇为负极反应物，燃烧生成二氧化碳和水。若为碱性溶液，二氧化碳就会与碱反应生成碳酸根离子和水，从而确定最终产物为碳酸根离子和水，反应物为乙醇和氢氧根离子。碳的价态变化是反应前2个碳共为-4价，反应后2个碳共为+8价，化合价共变化12价，所以失去的电子就为12个，再由碳守恒确定碳酸根离子为2和电荷守恒确定氢氧根离子为16，最后由氢或氧守恒确定水为11。则负极电极反应式为：C2H6O-12e-+160H-=2C032-+11H2O；若为酸性溶液，最终产物初步确定为二氧化碳和水，失去的电子数仍然为12个，由电荷守恒知右边应该是26个氢离子而不应该是水，再由质量守恒知二氧化碳为4且左边应该还有水且为3个。所以负极电极反应式为：C2H6O-12e- +3H2O =2C02+12H+。
关键词：燃料电池 电极反应式 质量守恒 电荷守恒 电子守恒
燃料电池的电极反应式的书写一直是个难点，让学生很头疼，有些甚至根本无从下手，一片茫然。笔者通过多年的教学实践，发现只要掌握了一定的书写技巧规律，灵活应变，写起来也可很轻松，游刃有余。
1 要准确的确定电极反应物：燃料恒为负极反应物，助燃剂（O2）恒为正极反应物。
2 要把握一些书写规则。
2.1正极电极反应式的书写规则：
氧气得电子后变成氧离子，氧离子在熔融盐中能稳定存在；在溶液中就不能稳定存在，要结合氢。若是酸性溶液就结合酸电离出的氢离子变成水；若是碱性溶液或中性溶液，就结合水电离出的氢离子变成氢氧根离子。
例：氢氧燃料电池，若用碱溶液作电解质溶液，则正极电极反应式为：O2+4e-+2H2O=40H- ，若用酸溶液作电解质溶液，则正极电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O
其实对任何燃料电池来说，其正极电极反应式的书写方法都如上所述进行书写，相对简单，容易掌握，考得也很多。而负极电极反应式的书写则比较灵活，千变万化，很难理出头绪，不容易掌握。那就需要一定的技巧和方法。
2.2负极电极反应式的书写规则：
写出燃料燃烧的化学反应方程式，再根据电解质溶液的酸碱性确定燃料燃烧的最终产物也就是负极的最终产物，然后根据元素的价态变化确定失去的电子数（在算电子时，价态的计算可整体计算），最后由质量守恒电荷守恒和得失电子守恒书写出完整的负极电极反应式。对于很复杂的情况，可用燃料电池总反应方程式减去正极电极反应式得到负极的电极反应式。
例1：氢氧燃料电池，若碱溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_____________；若酸溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_________________。
解析：氢氧燃料电池中氢气为负极反应物，一个氢分子失去两个电子变成两个氢离子，若溶液呈碱性，则氢离子不能大量稳定存在，要与氢氧根离子反应生成水，则负极电极反应式为：H2-2e-+20H-=2H2O；若溶液呈酸性，氢离子就能稳定存在，是最终产物。则负极电极反应式为：H2-2e-= 2H+。
例2：甲烷燃料电池，若碱溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_____________；若酸溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_________________。
解析：甲烷燃料电池中甲烷为负极反应物，燃烧生成二氧化碳和水。若为碱性溶液，二氧化碳就会与碱反应生成碳酸根离子和水，从而确定最终产物为碳酸根离子和水，反应物为甲烷和氢氧根离子。碳的价态变化为：反应前一个碳为-4价，反应后一个碳为+4价，化合价共变化8价，所以失去的电子就为8个，由碳元素守恒确定碳酸根离子为1，再由电荷守恒确定氢氧根离子为10，最后由氢或氧守恒确定水为7。则负极电极反应式为：CH4-8e-+100H-=C032-+7H2O；若为酸性溶液，最终产物初步确定为二氧化碳和水，失去的电子数仍然为8个，由电荷守恒知右边应该是8个氢离子而不应该是水，再由质量守恒知左边应该还有水且为2个。所以负极电极反应式为：CH4-8e-+2H2O =C02+8H+
例3：丁烷燃料电池，若碱溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_____________；若酸溶液作电解质溶液，负极电极反应式为______________。
解析：丁烷燃料电池中丁烷为负极反应物，燃烧生成二氧化碳和水。若为碱性溶液，二氧化碳就会与碱反应生成碳酸根离子和水，从而确定最终产物为碳酸根离子和水，反应物为丁烷和氢氧根离子。碳的价态变化是反应前四个碳共为-10价，反应后4个碳共为+16价，化合价共变化26价，所以失去的电子就为26个，由碳元素守恒确定碳酸根离子为4，再由电荷守恒确定氢氧根离子为34，最后由氢或氧守恒确定水为22。则负极电极反应式为：C4H10-26e-+340H-=4C032-+22H2O；若为酸性溶液，最终产物初步确定为二氧化碳和水，失去的电子数仍然为26个，由电荷守恒知右边应该是26个氢离子而不应该是水，再由质量守恒知二氧化碳为4且左边应该还有水且为8个。所以负极电极反应式为：：C4H10-26e-+8H2O =4C02+26H+
例4：乙醇燃料电池，若碱溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_____________；
若酸溶液作电解质溶液，负极电极反应式为_____________________。
解析：乙醇燃料电池中乙醇为负极反应物，燃烧生成二氧化碳和水。若为碱性溶液，二氧化碳就会与碱反应生成碳酸根离子和水，从而确定最终产物为碳酸根离子和水，反应物为乙醇和氢氧根离子。碳的价态变化是反应前2个碳共为-4价，反应后2个碳共为+8价，化合价共变化12价，所以失去的电子就为12个，再由碳守恒确定碳酸根离子为2和电荷守恒确定氢氧根离子为16，最后由氢或氧守恒确定水为11。则负极电极反应式为：C2H6O-12e-+160H-=2C032-+11H2O；若为酸性溶液，最终产物初步确定为二氧化碳和水，失去的电子数仍然为12个，由电荷守恒知右边应该是26个氢离子而不应该是水，再由质量守恒知二氧化碳为4且左边应该还有水且为3个。所以负极电极反应式为：C2H6O-12e- +3H2O =2C02+12H+。