高考化学题中燃料电池电极反应式的书写
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【摘要】 本文阐述了书写电极反应的四原则和书写步骤，同时介绍了几种新型燃料电池反应。
【中图分类号】 633.8 【文献标识码】 a 【文章编号】 1006-5962(2012)04(b)-0135-01
电化学知识是高中化学选修《化学反应原理》中的重要考点之一，也是每年的高考中必不可少的一部分，原电池、电解池是出题的重点，而且是最容易可以和其他的部分综合起来考察，所以考题的难度一般都比较大，也是学生在解题中最容易混淆的部分。所以要加强这部分知识的熟练程度，同时从考题中注重知识的理解程度是拿分的重要保证。在这类题目的考察上，燃料电池的考察正在发生很大的变化。
1 解题必备知识点
正负极是根据物理学上的电极电势高低而规定的，多用于原电池。正极电极电势高，是流入电子（外电路）的电极；负极电极电势低，是流出电子（外电路）的电极。
1.1 书写电极反应的四原则
1.1.1 加减原则:根据得失电子守恒，总反应式为两个电极反应式之和。若已知一个电极反应式，可用总反应式减去已知的反应式，得另一电极反应式。
1.1.2 共存原则:因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H+参加反应。
1.1.3 得氧失氧原则:得氧时，在反应物中加H2O（电解质为酸性时）或OH-（电解质溶液为碱性或中性时）；失氧时，加H+或H2O。如“钮扣”电池以KOH为电解质溶液，其电池总反应式为：Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2，负极ZnZn(OH)2，根据得氧原则，负极反应式为：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2。
1.1.4 中性吸氧反应成碱原则：在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。如银锌电池、铁的吸氧腐蚀、以铝、空气、海水为材料组成的海水电池等。
1.2 基础书写步骤
1.2.1 书写总反应式
如甲烷燃料电池以KOH为电解质溶液时，总反应式CH4＋2O2－8e－+2KOH＝K2CO3
1.2.2 燃料电池电极方程式的书写
电极反应式直接从总反应式中找，1molCH4失电子生成CO32-，电子数可以从2mol氧气的得电子数去找，两者相等。
1.2.3 平衡两边的电荷数，注意电解质溶液的酸碱性，两边可以加H+、OH-、H2O，负极反应式：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；
1.2.4 写完一极以后，可以根据总反应式减负极反应式得正极反应式：2O2+4H2O+8e-=8OH-。
2 几种新型燃料电池反应
燃料电池多是用甲烷、甲醇等有机物作为负极反应物，正极一般为氧气，这种题目要抓住总反应式，相对来说比较容易写出电极反应式，因为书写时要考虑到电解液对反应产物的影响，对于反应的整体上也就有了更深的了解。
燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，关于它的研究和应用正以极快的速度在发展。我们的题目中燃料电池随之发展，除了氢氧质子交换膜燃料电池，还有熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、金属空气电池等等。这些电池反应主要注意产物与电解液的反应。
2.1 氢氧质子交换膜燃料电池
比如09年江苏12题，图中给出质子交换膜隐含着溶液为酸性。
所以负极电极反应式为
C6H12O6＋6H2O－24e－＝6CO2＋24H＋
2.2 熔融碳酸盐燃料电池
例：熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：
总反应式：2CO+O2=2CO2。正极反应式：O2+4e-+2CO2=2CO32-
负极反应式：2CO+2CO32--4e-=4CO2（CO+CO32--2e-=2CO2）
2.3 固体氧化物燃料电池
例：一个电极通入空气，另一个电极通入C2H4，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传递O2-。
总反应式：C2H4+3O2=2CO2+2H2O。
正极反应式：3O2+12e-=6O2-（O2+4e-=2O2-）
负极反应式：C2H4+3O2-+12e-=2CO2+2H2O
2.4 金属空气电池
扣式锌—空气电池中的阳极是将锌粉与电解质混合做成的胶冻，而阴极是加入催化剂的碳极。阳极中的电解质是一种导电性良好的氢氧化钾水溶液。在电池壳体上有一个孔，空气中的氧能通过它进入阴极，并在碳表面上被还原成氧离子。与此同时，阳极中的锌被氧化。
空气进入电池，发生如下电极反应：
总反应：2Zn+O2=2ZnO负极反应：Zn+2OH-—2e-=ZnO+H2O
正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-
这几类是燃料电池出题的新的方向，而且巧妙地将燃料电池与热化学方程式、阿伏伽德罗定律甚至化学平衡等知识一起进行了综合考察。但是万变不离其宗，最基础的还是氧化还原反应，所以在学习中主要观察到电解液的变化，将总反应式写对，电极反应式就迎刃而解了。（如11年四川29题）
参考文献
[1] 人民教育出版社《高考电化学解题策略》黑龙江省庆安一中孙秀民.
[2] 高中化学新课程标准.
[3] 2009年江苏高考试题.
[4] 2011年四川高考试题.
[5] CICCAS《新兴化学储能电池进展研究》.
[6] 固体氧化物燃料电池：发展现状与关键技术李箭.