例談燃料電池電極方程式書寫技巧

張昭華

電化學(xué)知識在日常生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，其相應(yīng)知識的考查在近年各省市的高考試題中得到充分體現(xiàn)，屬高頻考點。以新型原電池，特別是燃料電池為背景考查原電池的相關(guān)知識尤為突出，其中電極方程式書寫逢考必有。本文以一道試題為例，總結(jié)歸納電極方程式書寫的一般規(guī)律。

試題：熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視。某燃料電池以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。試寫出其正負(fù)極電極方程式。變式一：若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，寫出其正負(fù)極電極方程式。變式二：若電解質(zhì)溶液為H2SO4溶液，寫出其正負(fù)極電極方程式。此類問題的解決通常分為以下三個步驟：

第一步：寫出其總反應(yīng)，標(biāo)電子轉(zhuǎn)移。我們知道，原電池本質(zhì)是把一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在兩極進(jìn)行，其電子轉(zhuǎn)移通外電路而形成電流，因此還原劑作電池的負(fù)極，正極為氧化劑。2C4H10+13O2=8CO2+10H2O。從轉(zhuǎn)移電子來看，我們不難判斷出C4H10為負(fù)極，O2為正極，這樣我們就可以寫出電極反應(yīng)的大致形式了。需要注意的是，寫總反應(yīng)時要考慮產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，如變式一，總反應(yīng)應(yīng)改寫為：2C4H10+13O2+16KOH=8K2CO3+18H2O

第二步：寫兩個電極反應(yīng)的大致形式。根據(jù)寫出的總反應(yīng)及電子轉(zhuǎn)移，我們可以寫出電極反應(yīng)的大致形式。負(fù)極：2C4H10-

52e-+…=…正極：13O2+52e-+…=…接下來就是如何確定電極產(chǎn)物。

第三步：根據(jù)電解質(zhì)溶液確定產(chǎn)物，依據(jù)電荷守恒和元素守恒調(diào)平電極方程。負(fù)極產(chǎn)物為+4價的碳元素和+1價的氫元素，其具體形式可能為CO2、CO2-3和H2O、H+，根據(jù)電解質(zhì)的酸堿性確定最終形式，如題中電解質(zhì)為熔融的K2CO3，應(yīng)為CO2和H2O，電解質(zhì)溶液為堿性時為CO2-3和H2O，電解質(zhì)溶液呈酸性時為CO2和H+。然后再根據(jù)電荷守恒、元素守恒調(diào)平電極方應(yīng)式2C4H10-52e-+

26CO2-3=34CO2+10H2O，變式一為2C4H10-52e-+36OH-=8CO2-3+28H2O。

正極電極方程式書寫同樣如此，氧元素得電子后變?yōu)?2價，其形式為多種，如H2O、OH-等，具體可以參照Na2O的性質(zhì)，Na2O可以與酸反應(yīng)生成H2O，與堿溶液中的水反應(yīng)生成NaOH，與CO2反應(yīng)生成CO2-3，因此也不難寫出題中的負(fù)極反應(yīng)式。為：13O2+52e-+26CO2=26CO2-3，變式一應(yīng)寫成13O2+52e-+26H2O=52OH-，變式二最終寫成13O2+52e-+52H+=26H2O。

總之，如果在教學(xué)或訓(xùn)練中我們掌握的寫書電極方程式的一般步驟和方法，就能很好地應(yīng)對各種新型電池的電極方程式書寫。

（作者單位 湖北省監(jiān)利二中）

編輯 韓 曉