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燃料电池的总反应是都一样的吗?是什么?

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:化学作业 时间:2024/07/20 08:38:32
燃料电池的总反应是都一样的吗?是什么?
燃料电池的总反应是都一样的吗?是什么?
燃料电池相关的解释,概念
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.一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,不过要注意溶液环境(即酸性、碱性或中性)一般电解质溶液要参与电极反应.现以氢氧燃料电池和甲烷燃料电池为例进行说明:
氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂(Pt)做电极材料,负极通入H2,正极通入 O2.
(1)电解质若为中性
正极:O2 + 4e- = 2O2-
负极:H2 +2e- = 2H+
总反应为:2H2 + O2 = 2H2O
(2)电解质若选用KOH.
在负极上氢气失去电子变成 H+进入溶液,H+又与溶液中的OH-继续反应生成H2O,因此在负极发生的反应为
H2 – 2e- = 2H+ ,H+ + 2OH- = H2O,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:O2- + H2O = 2OH- ,因此正极反应式为:O2 + H2O + 4e- = 4OH- ;
总反应为:2H2 + O2 = 2H2O.
(2)若在酸性条件下,
负极反应式为:H2 +2e- = 2H+
正极反应式为:O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
〔 O2 + 4e- = 2O2- ,2O2- + 4H+ = 2H2O 〕
总反应为:2H2 + O2 = 2H2O
又如:甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液
因为甲烷燃料电池的电解质溶液为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.
负极反应有:CH4 – 8e- + 8OH- = CO2 + 6H2O
CO2 + 2OH- = CO32- + H2O,
负极反应式为:CH4 + 10OH- + 8e- = CO32- + 7H2O
正极发生的反应有:O2 + 4e- = 2O2- 和O2- + H2O = 2OH-
所以正极反应式为:O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-