高中化学必考8个燃料电池的方程式

高中化学需要掌握的8个燃料电池的方程式

一、氢氧燃料电池

氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入 O2， 总反应为：2H2 + O2 === 2H2O

电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况：

1．电解质是KOH溶液（碱性电解质）

负极发生的反应为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以：

负极的电极反应式为：H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O；

正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O === 4OH- ，因此，

正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。

2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）

负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+

正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ === H2O，因此

正极的电极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ，2O2- + 4H+ === 2H2O)

3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质）

负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+

正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH-

说明： 1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+

2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH-

3.中性溶液反应物中无H+ 和OH-

4.水溶液中不能出现O2-

二、甲醇燃料电池

甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质：

1． 碱性电解质（KOH溶液为例）

总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O

正极的电极反应式为：3O2+12e- + 6H20===12OH-

负极的电极反应式为：CH4O -6e-+8OH- === CO32-+ 6H2O

2. 酸性电解质（H2SO4溶液为例）

总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O

正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+ === 6H2O

负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2

说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同

三、甲烷燃料电池

甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O。

负极发生的反应：CH4 – 8e- + 8OH- ==CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- == CO32- + H2O，所以：

负极的电极反应式为：CH4 + 10 OH- + 8e- === CO32- + 7H2O

正极发生的反应有：O2 + 4e- === 2O2- 和O2- + H2O === 2OH- 所以：

正极的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-

说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式

四、 铝–空气–海水电池

我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。 电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。

负极的电极反应式为：4Al－12e－===4Al3+；

正极的电极反应式为：3O2+6H2O+12e－===12OH－

总反应式为：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3

说明:铝板要及时更换,铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积.

高中常见的原电池电极反应式的书写（十年高考）

书写过程归纳：列物质，标得失 （列出电极上的物质变化，根据价态变化标明电子得失）。

选离子，配电荷 （根据介质选择合适的离子，配平电荷，使符合电荷守）。

巧用水，配个数 （通常介质为水溶液，可选用水配平质量守恒）

一次电池

1、伏打电池：（负极—Zn、正极—Cu、电解液—H2SO4）

负极： Zn–2e-==Zn2+ (氧化反应) 正极： 2H++2e-==H2↑ (还原反应)

离子方程式 Zn + 2H+ == H2↑+ Zn2+

2、铁碳电池：（负极—Fe、正极—C、电解液H2CO3 弱酸性)

负极： Fe–2e-==Fe2+ (氧化反应) 正极：2H++2e-==H2↑ (还原反应)

离子方程式 Fe+2H+==H2↑+Fe2+ (析氢腐蚀)

3、铁碳电池：（负极—Fe、正极—C、电解液 中性或碱性)

负极： 2Fe–4e-==2Fe2+ (氧化反应) 正极：O2+2H2O+4e-==4OH (还原反应)

化学方程式 2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2 (吸氧腐蚀) 4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3

2Fe(OH)3==Fe2O3 +3 H2O (铁锈的生成过程)

4.铝镍电池：（负极—Al、正极—Ni 电解液 NaCl溶液、O2)

负极： 4Al–12e-==4Al3+ (氧化反应) 正极：3O2+6H2O+12e-==12OH (还原反应) 化学方程式 4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3 (海洋灯标电池)

5、普通锌锰干电池：(负极—Zn、正极—C 、电解液NH4Cl、MnO2的糊状物)

负极：Zn–2e-==Zn2+ (氧化反应) 正极：2MnO2+2H++2e-==Mn2O3+H2O (还原反应) 化学方程式 Zn+2NH4Cl+2MnO2=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑

6、碱性锌锰干电池：（负极—Zn、正极—C、 电解液KOH 、MnO2的糊状物）

负极： Zn + 2OH– 2e-== Zn(OH)2 (氧化反应)

－正极：2MnO2 + 2H2O + 2e-==2MnOOH +2 OH （还原反应)

化学方程式 Zn +2MnO2 +2H2O == Zn(OH)2 + MnOOH

7、银锌电池：(负极—Zn、正极--Ag2O、电解液NaOH )

负极 ：Zn+2OH––2e-== Zn(OH)2 (氧化反应)

－正极 ：Ag2O + H2O + 2e-== 2Ag + 2 OH (还原反应)

化学方程式 Zn + Ag2O + H2O == Zn(OH)2 + 2Ag

8、铝–空气–海水（负极--铝、正极--石墨、铂网等能导电的惰性材料、电解液--海水） 负极 ：4Al－12e==4Al3+ (氧化反应) －

正极 ：3O2+6H2O+12e==12OH （还原反应) －－

总反应式为： 4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3 （铂网增大与氧气的接触面）

9、镁---铝电池 （负极--Al、正极--Mg 电解液KOH）

负极(Al)： 2Al + 8 OH–- 6e- ＝ 2AlO2–+4H2O (氧化反应)

正极(Mg）： 6H2O + 6e- ＝ 3H2↑+6OH– （还原反应)

化学方程式： 2Al + 2OH– + 2H2O ＝ 2AlO2–+ 3H2

10、锂电池一型：（负极--金属锂、正极--石墨、电解液LiAlCl4 -SOCl2）

－负极 ：8Li －8e＝8 Li + (氧化反应)

－－－正极 ：3SOCl2＋8e＝SO32＋2S＋6Cl （还原反应)

化学方程式 8Li＋ 3SOCl2 === Li2SO3 ＋ 6LiCl ＋ 2S，

二次电池（又叫蓄电池或充电电池）

1、铅蓄电池：（负极—Pb 正极—PbO2 电解液— 浓硫酸）

放电时 负极： Pb－2e－＋SO2－4=PbSO4 (氧化反应)

正极： PbO＋2e－＋4H＋＋SO－242=PbSO4＋2H2O (还原反应)

充电时 阴极： PbSO4 + 2H+ ＋ 2e-== Pb+H2SO4 (还原反应)

阳极： PbSO4 + 2H2O － 2e-== PbO2 + H2SO4 + 2H+ (氧化反应)

总化学方程式 Pb＋PbO2 + 2H2SO42PbSO4+2H2O

2、铁--镍电池：（负极-- Fe 、正极—NiO 2、电解质溶液为KOH溶液）

放电时 负极： Fe－2e—+ 2 OH– == Fe (OH)2 (氧化反应)

正极： NiO2 + 2H2O + 2e—== Ni(OH)2 + 2 OH– (还原反应)

充电时 阴极： Fe (OH)2 + 2e—== Fe + 2 OH– (还原反应)

阳极： Ni(OH)2 －2e—+ 2 OH– == NiO 2 + 2H2O (氧化反应)

总化学方程式 Fe + NiO 2+ 2H2O Fe (OH)2 + Ni(OH)2

3、LiFePO4电池（正极—LiFePO4，负极—石墨，含Li+导电固体为电解质）

放电时 负极： Li － e— ==Li + (氧化反应)

正极： FePO4 + Li+ + e—== LiFePO4 (还原反应)

充电时： 阴极： Li+ + e—== Li (还原反应)

阳极： LiFePO4－e—== FePO4 + Li+ (氧化反应)

总化学方程式 FePO4 + Li LiFePO4

4、镍--镉电池（负极--Cd 、正极—NiOOH、电解质溶液为KOH溶液）

Ni(OH)2+Cd(OH)2 放电时 负极： Cd －2e—+ 2 OH– == Cd(OH)2 (氧化反应)

正极： 2NiOOH + 2e— + 2H2O == 2Ni(OH)2+ 2OH–

原反应)

充电时 阴极： Cd(OH)2 + 2e—== Cd + 2 OH– (还原反应)

阳极：2 Ni(OH)2 －2e—+ 2 OH– == 2NiOOH + 2H2O (氧化反应)

总化学方程式 Cd + 2NiOOH + 2H2OCd(OH)2 + 2Ni(OH)2

5、氢--镍电池：（负极-LaNi5储氢合金、正极—NiOOH、电解质KOH+LiOH）

放电时 负极： LaNi5H 6－6e—+ 6OH–== LaNi5 + 6H2O (氧化反应)

正极： 6NiOOH +6e—+ 6H2O ==6 Ni(OH)2 + 6OH– (还原反应)

充电时 阴极： LaNi5 +6e—+ 6H2O== LaNi5H 6+ 6OH– (还原反应)

阳极： 6 Ni(OH)2 －6e—+ 6OH–== 6NiOOH + 6H2O (氧化反应)

总化学方程式 LaNi5H 6 + 6NiOOH LaNi5 + 6Ni(OH)2

6、高铁电池：（负极—Zn、正极---石墨、电解质为浸湿固态碱性物质）

放电时 负极：3Zn －6e- + 6 OH–== 3 Zn(OH)2 (氧化反应)

(还

正极：2FeO42— +6e-+ 8H2O ==2 Fe (OH)3 + 10OH– (还原反应) 充电时 阴极：3Zn(OH)2 +6e-==3Zn + 6 OH– (还原反应)

阳极：2Fe(OH)3 －6e-+ 10OH–==2FeO42—+ 8H2O (氧化反应) 总化学方程式 3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH

7、锂电池二型（负极LiC6、正极含锂的二氧化钴LiCoO2、充电时LiCoO2中Li被氧化，

Li+还原以Li原子形式嵌入电池负极材料碳C6中，以LiC6表示）

放电时 负极: LiC6 – xe- ＝ Li(1-x)C6 + x Li+ (氧化反应)

正极： Li（1-x)CoO2 + xe- + x Li+ == LiCoO2 (还原反应)

充电时 阴极： Li(1-x)C6 + x Li+ + xe- ＝LiC6 (还原反应)

阳极： LiCoO2 – xe- ＝ Li(1-x)CoO2 + x Li+ (氧化反应)

总反应方程式 Li(1-x)CoO2 + LiC6 LiCoO2 + Li(1-x)C6

燃料电池

根据题意叙述书写常见于燃料电池，由于燃料电池的优点较多，成为了近年高考的方向。燃料电池是原电池中一种比较特殊的电池，它与原电池形成条件有一点相悖，就是不一定两极是两根活动性不同的电极，也可以用相同的两根电极。解决此类问题必须抓住一点：燃料电池反应实际上等同于燃料的燃烧反应，但要特别注意介质对产物的影响。

一、氢氧燃料电池

氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨 做电

极材料，负极通入H2，正极通入 O2，总反应 为：2H2 +

O2 === 2H2O 电极反应特别要注意电

解质，有下列三种情况：

1、电解质是KOH溶液（碱性电解质）

负极：H2 – 2e- + 2OH— === 2H2O (氧化反应)

正极：O2 + H2O + 4e- === OH—(还原反应)

总反应方程式 2H2 + O2 === 2H2O

2、电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）

负极：H2 –2e- === 2H+ (氧化反应)

正极：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O (还原反应)

总反应方程式 2H2 + O2 === 2H2O

负极：H2 – 2e- === 2H+(氧化反应)

正极：O2 + H2O + 4e- === 4OH—

总反应方程式 2H2 + O2 === 2H2O

说明1、碱性溶液反应物、生成物中均无H+ 2、.水溶液中不能出现O2-

3、中性溶液反应物中无H+ 和OH-— 4、酸性溶液反应物、生成物中均无OH-

二、甲醇燃料电池

3、电解质是NaCl溶液（中性电解质）

1．碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：3O2 + 12e- + 6H20=== 12OH- (还原反应)

负极：2CH3OH – 12e- + 16OH— === 2CO32- +12H2O (氧化反应)

总反应方程式 2CH3OH + 3O2 + 4KOH === 2K2CO3 + 6H2O

2. 酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）

正极：3O2 + 12e-- + 12H+ == 6H2O (还原反应)（注：乙醇燃料电池与甲醇

负极：2CH3OH –12e- +2H2O==12H++2CO2 (氧化反应) 燃料电池原理基本相）

总反应式 2CH3OH + 3O2 === 2CO2 + 4H2O (氧化反应)

三、CO燃料电池 （总反应方程式均为： 2CO ＋ O2 ＝ 2CO2）

1、熔融盐（铂为两极、Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质，CO为负极燃气，

空气与CO2的混合气为正极助燃气）

正极： O2 ＋ 4e- ＋ 2CO2 ＝ 2CO32-- (还原反应)

负极： 2CO＋2CO32- – 4e- ==4CO2 (氧化反应)

2、酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）

正极： O2 + 4e-- + 4H+ == 2H2O (还原反应)

负极： 2CO – 4e- + 2H2O == 2CO2 +4H+ (氧化反应)

四、肼燃料电池（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极： O2 + 2H2O + 4e- == 4OH— (还原反应)

负极： N2H4 + 4OH— -- 4e- == N2 + 4H2O (氧化反应)

总反应方程式 N2H4 + O2=== N2 + 2H2O

五、甲烷燃料电池

1．碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极： 2O2 + 2H2O + 8e- == 8 OH— (还原反应)

负极： CH4 + 10OH—-- 8e- == CO32- + 7H2O (氧化反应)

总反应方程式 CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O

2、酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）

正极： 2O2 + 8e- + 8H+ == 4H2O (还原反应)

负极： CH4 -- 8e- + 2H2O == 8H+ + CO2 (氧化反应)

总反应方程式 CH4 + 2O2 === CO2 + 2H2O

六、丙烷燃料电池（铂为两极、正极通入O2和CO2、负极通入丙烷、电解液有三种）

1、电解质是熔融碳酸盐（K2CO3或Na2CO3）

正极 ： 5O2 + 20e- + 10CO2 == 10CO32- (还原反应)

负极 ： C3H8 -- 20e-+ 10CO32- == 3CO2 + 4H2O (氧化反应)

总反应方程式 C3H8 + 5O2 === 3CO2 + 4H2O

2、酸性电解质 （电解液H2SO4溶液）

正极 ： 5O2 + 20e- + 26H+ == 10H2O (还原反应)

负极 ： C3H8 -- 20e- + 6H2O == 3CO2 + 20 H+ (氧化反应)

总反应方程式 C3H8 + 5O2 === 3CO2 + 4H2O

3、碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极 ： 5O2 + 20e- + 10H2O == 20OH— (还原反应)

负极 ： C3H8 -- 20e-+ 26 OH— == 3CO32- + 17H2O (氧化反应)

总反应方程式 C3H8 + 5O2 +6KOH === 3 K2CO3 + 7H2O

七、乙烷燃料电池 （铂为两极、电解液KOH溶液）

正极 ： 7O2 + 28e- + 14H2O == 28OH— (还原反应)

负极 ： 2C2H6 -- 28e-+ 36 OH— == 4CO32- + 24H2O (氧化反应)

总反应方程式 2C2H6 + 7O2 + 8KOH === 4K2CO3 + 10H2O

氢氧燃料电池以碱为电解质放电反应 正极（O2）反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-（还原反应）， 负极（H2）：2H2-4e-+4OH-=4H2O（氧化反应） 总反应：2H2+O2=2H2O

1、燃料电池总反应方程式的书写

因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，可根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应方程式，但要注意燃料的种类。若是氢氧燃料电池，其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解质溶液的酸碱性变化而变化，即2H2+O2=2H2O。若燃料是含碳元素的可燃物，其电池总反应方程式就与电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有关，如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在碱性电解质中生成CO32-离子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。

2、燃料电池正极反应式的书写

因为燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式，正极反应的本质都是O2得电子生成O2-离子，故正极反应式的基础都是O2＋4e-=2O2-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是非常重要的一步。现将与电解质有关的五种情况归纳如下。

⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）

在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2-离子结合的微粒有H+离子和H2O，O2-离子优先结合H+离子生成H2O。这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O。

⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）

在中性或碱性环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子只能结合H2O生成OH-离子，故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为O2＋2H2O+4e-=4OH-。

⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物）

在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子可结合CO2生成CO32-离子，则其正极反应式为O2＋2CO2+4e-=2CO32-。

⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇）

该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O2＋4e-=2O2-。

综上所述，燃料电池正极反应式本质都是O2＋4e-=2O2-，在不同电解质环境中，其正极反应式的书写形式有所不同。因此在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pvii.html