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例析燃料电池电极反应式的书写及突破策略

王开山

（宁夏育才中学，宁夏银川750021）

燃料电池是现代社会中具有广阔发展前景的新能源，具有能量转换效率高，洁净无污染等特点。燃料电池依据电解质的不同，可以分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池及质子交换膜燃料电池等。

燃料电池电极反应式的书写是近年各省（区）、市高考考查的热点，也是考生得分低的一个难点。笔者拟通过以下例题与各位同行交流燃料电池电极反应式的书写及突破策略，敬请批评指正。

一、碱性燃料电池（AFC）

碱性燃料电池的电解质溶液常为KOH溶液，导电离子为OH-。

例1用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入CH4和O2，可形成燃料电池，该电池放电时负极发生的反应为__________________

解析甲烷与氧气反应的方程式为：CH4+2O2=CO2+2H2O，由于在碱性环境下CO2会与OH-反应生成CO32-，所以在KOH溶液中电池的总反应式为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O（方程式的叠加结果）。在碱性或中性水溶液环境中电池正极反应式都为：2O2+4H2O+8e-=8OH-，

所以该电池在KOH溶液中负极反应式为：CH4+10OH--8e-=7H2O+CO32-（方程式的叠加结果）。

答案：CH4+10OH--8e-=7H2O+CO32-

例2燃料电池是燃料（例如CO、H2、CH4等）跟氧气或空气起反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质溶液通常是KOH溶液。下列关于CO燃料电池的说法不正确的是（）

A．负极反应式为：CO+4OH--2e=CO32-+2H2O

B．正极反应式为：O2+4e+2H2O=4OH-

C．随着不断放电，电解质溶液碱性不变

D．甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大

解析在碱性环境下，CO燃料电池的总反应式为：2CO+O2+4OH-=2CO32-+2H2O；在碱性或中性溶液环境下电池正极反应式都为：O2+2H2O+4e-=4OH-；所以负极反应式为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O。依据电极反应方程式，当转移4mol电子时，正极产生4molOH-，负极消耗8molOH-，所以随着电池不断放电，电解质溶液碱性逐渐减弱。与燃料的直接燃烧相比较，燃料电池具有能量转换效率高、无污染等特点。

答案：C

二、磷酸型燃料电池（PAFC）

磷酸型燃料电池电解质为H3PO4，导电离子为H+。

例3科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电，电池负极反应为()

A．H2＋2OH-＝2H2O＋2e-B．O2＋4H+＋4e-＝2H2O

C．H2＝2H+＋2e-D．O2＋2H2O＋4e-＝4OH-

解析氢气在电池的负极失电子发生氧化反应，氧气在电池的正极得电子发生氧化反应，在酸性或中性溶液条件下负极反应式为：H2-2e-＝2H+，酸性溶液条件下正极反应式为：O2＋4H+＋4e-＝2H2O，总反应式为：2H2+O2=2H2O。

答案：C

三、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)

熔融碳酸盐燃料电池电解质一般为Li2CO3、K2CO3或Na2CO3，导电离子为CO32-。

例4燃料电池是一种利用能源物质的新的形式，比如我们可用熔融的K2CO3作电解质，惰性材料作电极，一极通入CH2=CH2，另一极通入O2、CO2。下列说法不正确的是（）

A．通入乙烯的一极为正极B．正极发生的电极反应为：3O2+6CO2+12e-=6CO32-

C．负极发生的电极反应为：CH2=CH2+6CO32-=8CO2+2H2O+12e-

D．电池的总反应式为：CH2=CH2+3O2=2CO2+2H2O

解析乙烯定在负极失电子发生氧化反应，氧气定在正极得电子发生还原反应，

由于是在熔融的K2CO3环境下，O2与CO2一起通入在正极发生的反应为：3O2+6CO2+12e-=6CO32-，电池的总反应为：CH2=CH2+3O2=2CO2+2H2O，

则电池的负极反应为：CH2=CH2+6CO32--12e-=8CO2+2H2O

答案：A

例5某MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600℃~700℃，所用燃料为H2，电解质为熔融K2CO3，已知该电池的总反应为2H2+O2=2H2O（该电池放电过程中，CO2被循环利用），则下列有关该电池的说法正确的是（

A．放电时CO32-向正极移动B．该电池的正极反应为：4OH-=2H2O+O2+4e-

C