加離補分法

沙德芳

[摘要]

燃料電池電極反應式的書寫

是學生平時練習和考試中易出錯的知識點，用“加離補分法”書寫燃料電池的電極反應式，可有效提高書寫的速度和準確性，值得推廣。

[關鍵詞]電極反應式；加離補分法；加離子；補分子

[中圖分類號]G633.8[文獻標識碼]A[文章編號]16746058（2018）05006002

電化學中電極反應式的書寫不僅是電化學教學的重點和難點，更是高考的熱點題型之一，其中，燃料電池電極反應式的書寫又是電極反應式書寫中的難點。筆者根據(jù)自己的教學實踐，歸納總結(jié)出了燃料電池電極反應式書寫的新方法——“加離補分法”。下面就此方法進行較為詳盡的介紹，旨在拋磚引玉。

“加離補分法”書寫燃料電池電極反應式的步驟：

1.寫出燃料燃燒反應的化學方程式。

2.根據(jù)電解液改寫燃料電池的總反應式（是離子反應的寫離子方程式）。

3.用雙線橋分析總反應方程式，確定氧化反應、還原反應以及反應中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目。

4.添加電解液中參與正、負電極反應但在總反應中又約去不體現(xiàn)的隱藏離子。添加離子時，選用離子的原則是：選用電解質(zhì)中能參與電極反應的離子（如：酸性電解質(zhì)溶液中的H+；堿性電解質(zhì)溶液中的OH-等）。注意添加離子的物質(zhì)的量與其所帶電荷數(shù)的乘積的絕對值等于總反應中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)，且方程式左右同等添

加該離子。

5.將添加離子后的總反應拆寫為正、負極反應式，再根據(jù)原子守恒的需要給兩極反應同等補充合適的分子。（注：上步添加的離子若是陽離子，則該離子參加正極反應并在負極反應中生成，拆寫時，一般先拆寫出負極反應式并根據(jù)負極反應式中原子守恒的需要補合適的分子較為容易；添加的離子若是陰離子，則該離子參加負極反應并在正極反應中生成，拆寫時，一般先拆寫出正極反應式并根據(jù)正極反應式中原子守恒的需要補合適的分子較為容易。）下面以甲烷-空氣燃料電池為例，詳細介紹此方法。

【例1】甲烷-空氣燃料電池。

（1）若電解質(zhì)為稀硫酸

CH4燃燒方程式即是該電池總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由雙線橋分析可知反應中轉(zhuǎn)移電子8e-。

說明：

①添加離子：雙線橋分析可知反應中轉(zhuǎn)移電子8e-，根據(jù)電荷守恒為H+添加系數(shù)8。

②拆寫：將氧化反應拆寫成負極反應式（8H+在負極生成），還原反應改寫成正極反應式。

③補分子：根據(jù)負極反應的原子守恒需要和體系環(huán)境選擇合適的分子（2H2O），且正極同等補加。

④整理、檢查：原子、電荷是否守恒；“=”“↑”“↓”的使用等。

（2）若電解質(zhì)為KOH溶液

先寫出CH4燃燒反應方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O，還需考慮產(chǎn)物CO2能與電解質(zhì)KOH溶液反應：CO2+2KOH=K2CO3+H2O，合并得總反應式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，改寫成離子方程式：CH4+2O2+2OH-=CO2-3+3H2O，由雙線橋分析可知反應中轉(zhuǎn)移電子8e-。

（3）若電解質(zhì)為熔融碳酸鹽（如熔融K2CO3），正極充入CO2與O2的混合氣體

CH4燃燒方程式即是該電池總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由雙線橋分析可知反應中轉(zhuǎn)移電子8e-。

（4）若電解質(zhì)為固體ZrO2（可傳導O2-）

CH4燃燒方程式即是該電池總反應式：CH4+2O2=CO2+2H2O，由雙線橋分析可知反應中轉(zhuǎn)移電子8e-。

說明：①書寫電池總反應式時要考慮燃料燃燒產(chǎn)物與環(huán)境介質(zhì)有無反應。如：產(chǎn)物中+4價碳元素在酸性環(huán)境下以CO2形式存在，在堿性環(huán)境下以CO2-3形式存在。②燃料電池中可燃物質(zhì)在負極放電，助燃氣體（O2）在正極放電。③燃料電池總反應轉(zhuǎn)移電子數(shù)目可以根據(jù)反應中O2的得電子數(shù)目來確定；若負極放電的燃料是有機物，則有機物中碳元素化合價升高總數(shù)即為失去的電子總數(shù)（有機物中碳元素化合價確定方法：將有機化合物寫成分子形式，先標定氫的化合價為+1價、氧的化合價為-2價，最后根據(jù)化合物中元素化合價代數(shù)和為零的原則標出碳元素化合價。如：乙醇C2H6O中碳為-2價，葡萄糖C6H12O6中碳為0價）。

學會“加離補分法”書寫燃料電池電極反應式后，我們還可以把此方法應用在某些二次電源的電極反應式的書寫中。

【例2】鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進行：

Cd+2NiOOH+2H2O放電充電Cd（OH）2+2Ni（OH）2，寫出該電池放電時電極反應式。

由雙線橋分析可知反應中轉(zhuǎn)移電子2e-。

【

練習】據(jù)報道，摩托羅拉公司的一種以甲醇（CH3OH）為原料、以KOH為電解質(zhì)的用于手機的可充電的高效燃料電池，充一次電可持續(xù)使用一個月。（1）寫出該電池的負極反應式；（2）若將KOH的堿性反應環(huán)境變?yōu)樗嵝原h(huán)境，則該電池的負極反應式為；（3）若以熔融的K2CO3為電解質(zhì)，陽極充入CO2與O2的混合氣體，試寫出該燃料電池的電極反應式。

參考答案（1）CH3OH-6e-+8OH-=CO2-3+6H2O；（2）CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

（3）負極：2CH3OH-12e-+6CO2-3=8CO2+4H2O；正極：3O2+12e-+6CO2=6CO2-3

（責任編輯羅艷）