有机物电极方程式书写.docVIP

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有机物燃料电池电极反应是的书写 历城第二中学??任玉红?? 2011年7月19日 15:31 在燃料电池的学习过程中,学生感觉比较困难的是电极反应式的书写问题,特别是初学者,象老虎吃天,无从下口。如何解决这一难题呢,笔者认为首先应该明确原理,然后在理解的基础上总结规律,从而顺畅的书写出电极反应式。 燃料电池是一种不经燃烧,将燃料的化学能经过电化学反应直接转变为电能的装置,它和其它电池中的氧化还原反应一样,都是自发的化学反应,与燃料气直接燃烧时最大的不同点是燃料电池中不会发出火焰,其化学能可以直接转化为电能的一种电池。 有机物燃料电池与教材中介绍的氢氧燃料电池的工作原理是一样的,两个电极材料为 ???????????? 氢氧燃料电池结构示意图????????????????????????????????????????? 多孔石墨,电解质溶液为氢氧化钾溶液或稀硫酸溶液,负极上通入有机物燃料气体(甲烷、乙烷、甲醇、乙醇等),燃料气体在负极上发生失去电子的氧化反应,正极上通入的气体为氧气或空气,发生得电子的还原反应。书写电解反应式的难点在于石墨电极是浸入电解质溶液中的,电极上的产物与电解质溶液可能发生反应。下面以甲烷燃料电池(电解质溶液为氢氧化钾溶液)为例,具体谈一下几种不同的写法。 ??? (1)间接写法:在有机物燃料电池中,正极反应式和电池总反应式是比较容易写的,相对比较难写的是负极上的电极反应式,我们知道正、负极的电极反应式的加和就是总反应式,因此可以先写总反应,减去正极反应式就是负极反应式。 甲烷的燃烧反应:CH4+2O2→CO2+2H2O,CO2逸出时遇KOH溶液反应生成K2CO3,电池的总反应为CH4 + 2KOH+ 2O2→ K2CO3+ 3H2O,电极反应一般为离子方程式,将此反应改为离子反应式:CH4+ 2OH-+ 2O2→ CO3 2-+ 3H2O------①;再写出正极的电解反应式:O2+4e-+2H2O→4OH --------②,由①-2×②得:CH4 + 10OH- →CO32-+ 8e-+ 7H2O 。 这是一种比较简单的巧妙的写法。 (2)直接写法:根据电池的工作原理,负极上燃料气发生失去电子的氧化反应,甲烷在石墨电极上被氧化生成CO2气体,在负极逸出时遇到KOH溶液,继续反应生成K2CO3进入电解质溶液中,表示出该过程:CH4+_OH-→CO32-+_e-,后续的问题是配平,根据化合价变化先配平电子数,CH4中C的化合价为-4价,CO32-的化合价为+4价,化合价升高8,失去8个电子;再根据电荷守恒配平OH-,CO32-带两个单位的负电荷,8个电子带8个单位的负电荷,电极反应式右侧共带10个单位负电荷,所以OH-的系数为10;然后根据元素守恒,左侧有氢元素,右侧没有,左侧氧原子多,右侧少,因此右侧还应该有H2O分子,根据氢原子个数守恒,H2O的系数为7,最后用检验两侧氧原子是否相等。因此负极反应式:CH4+ 10OH- →CO32- +8e- + 7H2O。 该写法看似繁琐,但理解之后,写起来比较快,准确率高。我们可以把这种写法总结出一个模式如下:(电解质溶液为碱性) 有机燃料气体+? ③? OH-→ ① ?CO32-+ ?② ?e-+④ ?H2O,①②③④分别为对应离子或分子的系数。①根据有机燃料气体中碳原子数确定;②根据碳元素的化合价升高数值确定;③根据离子方程式电荷守恒确定;④根据氢原子个数守恒确定。 如乙醇燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)负极电极反应式书写: CH3CH2OH+? ③? OH-→ ① ?CO32-+ ?② ?e-+④ ?H2O,①为2;乙醇中碳元素的化合价为-2价,CO32-中碳元素为+4价,升高6,②为6×2=12;右侧负电荷数为16,③为16;④为11;所以:CH3CH2OH+16OH-→2CO32-+12e-+11H2O. ?? 类似的,有机物燃料电池(酸性)负极电极反应式书写模式: 有机物燃料气体+④ H2O→① CO2+② e-+③ H+,配平方法与上述类似。

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