原電池知識是中學化學中的重要基本概念，也是近年來高考的熱點，在學習原電池時，學生最感到困難的是電極反應式的書寫，特別燃料電池的電極反應式的書寫，為了幫助同學們準確把握這類電池的電極反應式的寫法，我結(jié)合自己的教學體會談?wù)勥@方面的問題，供大家參考。 

燃料電池是一種不經(jīng)燃燒，將燃料的化學能經(jīng)過電化學反應直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，它和其它電池中的氧化還原反應一樣，都是自發(fā)的化學反應，不會發(fā)出火焰，其化學能可以直接轉(zhuǎn)化為電能的一種電池。燃料即化石燃料以及由此得到的衍生物，如氫、肼、烴、煤氣等液體和氣體燃料；氧化劑僅限于氧和空氣。燃料電池基本結(jié)構(gòu)與一般化學電源相同，由正極（氧化劑電極）、負極（燃料電極）和電解質(zhì)構(gòu)成，但其電極本身僅起催化和集流作用。燃料電池工作時，活性物質(zhì)由外部供給，因此，原則上說，只要燃料和氧化劑不斷地輸入，反應產(chǎn)物不斷地排出，燃料電池就可以連續(xù)放電，供應電能。

氫氧燃料電池基本結(jié)構(gòu)

所有的燃料電池的工作原理都是一樣的，其電極反應的書寫同樣是有規(guī)律可循的。書寫燃料電池電極反應式的步驟類似于普通原電池，在書寫時應注意以下幾點： 

1.電池的負極一定是可燃性氣體，失電子，元素化合價升高，發(fā)生氧化還原反應；電池的正極一定是助燃性氣體，得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應。 

2.燃料電池兩電極材料一般都不參加反應，反應的是通到電極上的燃料和氧氣，兩電極只是傳導電子的作用。 

3.電極反應式作為一種特殊的離子反應方程式，也必需遵循原子守恒，得失電子守恒，電荷守恒。 

4.寫電極反應時，一定要注意電解質(zhì)是什么，其中的離子要和電極反應中出現(xiàn)的離子相對應，在堿性電解質(zhì)中，電極反應式不能出現(xiàn)氫離子，在酸性電解質(zhì)溶液中，電極反應式不能出現(xiàn)氫氧根離子。 

5.正負兩極的電極反應式在得失電子守恒的條件下，相疊加后的電池反應必須是燃料燃燒反應和燃料產(chǎn)物于電解質(zhì)溶液反應的疊加反應式。 

例1:氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑（Pt）或石墨做電極材料，負極通入H₂，正極通入 O_2，電解質(zhì)溶液通常選用KOH。在負極上氫氣失去電子變成 H⁺進入溶液，H⁺又與溶液中的OH^-繼續(xù)反應生成H₂O，因此在負極發(fā)生的反應為H₂ + 2e^- = 2H⁺ ,2H⁺ + 2OH^- = 2H₂O,所以： 負極的電極反應式為：H₂ – 2e^- + 2OH^- = 2H₂O； 正極是O₂得到電子，即：O₂ + 4e- = 2O^2- ，O^2-在堿性條件下不能單獨存在，只能結(jié)合H₂O生成OH^-即：2O^2- + 2H₂O = 4OH^- ，因此，正極反應式為：O₂ + H₂O + 4e- = 4OH^- 。 總反應為：2H₂ + O₂ = 2H₂O ；若在酸性條件下， 負極反應式為：H₂ +2e^- = 2H⁺ ,正極反應式為：O₂ + 4H⁺ + 4e^- = 2H₂O(O₂ + 4e^- = 2O^2- ，2O^2- + 4H⁺ = 2H₂O)     總反應為：2H₂ + O₂ = 2H₂O。
   

例2:甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）， 甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH，生成的CO₂還要與KOH反應生成K₂CO₃，所以總反應為：CH₄ + 2KOH+ 2O₂ = K₂CO₃ + 3H₂O。

負極反應有：CH₄ – 8e- + 8OH^- = CO₂ + 6H₂O    CO₂ + 2OH^- = CO₃^2- + H₂O， 負極反應式為：CH₄ + 10OH^- + 8e- = CO + 7H₂O

正極發(fā)生的反應有：O₂ + 4e- = 2O^2- 和O^2- + H₂O = 2OH^-

所以正極反應式為：O₂ + 2H₂O + 4e- = 4OH^-
  

[技巧1]燃料電池的負極反應，一般較難寫出，而正極反應和電池總反應卻較易寫出。用電池總反應減去正極反應可得負極反應，這是寫負極反應式的一種巧妙方法。

甲烷燃料電池總離子反應式為：CH₄ + 2OH^-+ 2O₂ = CO + 3H₂O ①

正極反應式為：O₂ + 2H₂O + 4e- = 4OH^- ②

故負極反應式應為：①-②＊2 即得CH₄ + 10OH^- - 8e- = CO + 7H₂O

[技巧2]根據(jù)得失電子守恒，原子守恒，電荷守恒直接書寫較復雜的負極電極反應式。

負極中，甲烷被氧化為二氧化碳，二氧化碳在堿性條件不能存在，結(jié)合氫氧根生成碳酸根。甲烷中碳元素化合價由-4價升高到碳酸根中的+4價，故1 mol甲烷失去8 mol電子，結(jié)合OH^-生成1 mol CO，再根據(jù)電荷守恒，電極反應式右側(cè)CO帶兩個單位負電荷，故左側(cè)應該有10 mol OH-,再根據(jù)原子守恒，電極反應式右側(cè)加上7 mol H₂O。即得CH₄ + 10OH^- - 8e- = CO + 7H₂O

例3:熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO₂的混合氣為陰極助燃氣，制得在650 ℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應式：

負極反應式：2CO＋2CO4CO₂＋4e^－

正極反應式：                            。

總電池反應式：                          。

解析：根據(jù)題意可以判斷CO做為反應的還原劑，即在反應中失去電子，做原電池的負極；空氣與CO₂做正極，所以在正極上是O₂得到電子：O₂＋2H₂O＋4e^-＝4OH^-，這是在不考慮二氧化碳的情況下寫的正極反應，所以當我們考慮到正極上的物質(zhì)時，正極反應就變成了

O₂＋4e^-＋2CO₂＝2 CO，總反應在正負極的是電子數(shù)目相等情況下把兩個電極反應相加即可：O₂＋2CO＝2CO₂。

習題專練：

某原電池中盛有KOH濃溶液，若分別向________(填“正”或“負”，下同)極通入可燃性氣體，向________極通入O₂，則電路中就有電流通過，試完成下列問題：

答案：負 正

總之，對于原電池的電極反應式的書寫來說，最重要的是明白原電池的工作原理，這一點對學生來說不難理解，但是對于有電解質(zhì)溶液參與的電極反應來說就不知如何是好，正負極也能找到，就是寫不出電極反應式，負極失電子正極得電子都知道，卻忽略了得失電子變成離子后要進入溶液中，如果溶液中存在的離子與在正極負極得失電子變成的離子不能共存，則要繼續(xù)反應，反之，不反應共存于溶液中。如果能分析清楚這些，那么難題也就迎刃而解了。