原电池是将化学能转化为电能的装置。其构成条件是：

(1)、有两种金属活动性不同的金属或金属和其它导电的材料(非金属或某氧化物)组成的两个电极。即有活泼性不同的两个电极；

(2)、两个电极必须浸在电解质溶液中自发的发生氧化－还原反应；

(3)、两电极之间要接触或用导线相连形成闭合电路。

活动性強的金属是原电池的负极，失去电子发生氧化反应。活动性较弱的金属(导电的非金属或氧化物)是原电池的正极，得到电子发生还原反应。

负极和正极的电极反应式是常用的化学用语，其正误判断是考试的热点，燃料电池的电极式书写更是难点，燃料电池电极反应式如何书写呢？现举例说明。

例1:燃料电池是燃料跟氧(或空气)起反应，将化学能转变为电能的装置，电解质溶液是强碱(如KOH)溶液。下列关于甲烷燃料电池的的说法不正确的是(      )(1个电子所带电量为1.6×10^－19C)

A、负极反应式为：CH₄＋10OH^－—8e^-=CO₃^2－＋7H₂O

B、正极反O₂＋2H₂O＋4e^-=4OH^－

C、随着不断放电，电解质溶液的碱性不变

D、在标准状况下，每消耗5.6升O₂， 可向外提供约9.6×10⁴C的电量

解析：该题是原电池知识的应用，要判断其选项是否正确，首先要写出其电极式，再分析碱液的变化量等，才能得出正确选项。

甲烷燃烧的化学反应方程式为：CH₄＋2O₂→CO₂＋2H₂O①，因其电解质溶液为KOH，所以CO₂要和KOH反应，其反应式为CO₂＋2KOH=K₂CO₃＋H₂O②，因CO₂是中间产物，①＋②得其总反应式为CH₄＋2O₂＋2KOH→K₂CO₃＋3H₂O；标出总反应式中各元素的化合价知，CH₄中碳元素从－4升到＋4价，失8mol 电子，碳元素被氧化。氧气中的氧元素从0价降到－2价时得到2mol 电子，氧元素被还原。在原电池负极发生氧化反应的是CH₄，在原电池正极发生还原反应的是O₂；CH₄在原电池负极的反应为:CH₄—8e^-＋ OH^－=CO₃^2－ ＋H₂O，据电荷守恒和原子数守恒，在OH^－前配系数10，在H₂O前配系数7得，原电池负极反应式为： CH₄—8e^-＋10 OH^－=CO₃^2－ ＋7H₂O；由于CO₃^2－、OH^－是K₂CO₃、KOH电离产生的，将原电池负极的CO₃^2－、OH^－还原为K₂CO₃、KOH。用原电池的总反应式减去负极反应式可得原电池的正极反应式。即(CH₄＋2O₂＋2KOH)－(CH₄—8e^-＋10KOH)=( K₂CO₃＋3H₂O)－(K₂CO₃^2－＋7H₂O)→2O₂＋8e^-－8KOH=－4H₂O；移项并将KOH写成OH^－。原电池正极反应为： 2O₂＋8e^-＋4H₂O=8OH^－。从上分析可知，选项A、B都正确。又因负极消耗10mol OH^－，而正极生成8 mol OH^－，所以OH^－ 浓度减小2mol。随着不断放电，电解质溶液的碱性不变的说法是错误的。由正极反应式可知O₂∽4e^-，所以5.6升O₂消耗时可向外提供电量=(5.6/22.4)×4×6.02×10²³×1.6×10⁴=9.6×10⁴C，选项D也正确。故选(C)

小结：电极式的书写方法为:

(1)、写：正确写出燃料燃烧的化学反应方程式，再分析其产物是否与电解液反应。若要反应继续，写出其总反应式。若不发生反应，燃料燃烧的化学反应方程式就是总反应式。

(2)、定：标出总反应式中各元素的化合价，找出发生的氧化反应和还原反应，确定在负极和正极上发生反应的物质。

(3)、写：根据负极发生氧化反应的物质，写出负极的物质和失去电子的数目并结合电解质溶液，得出负极反应式。

(4)、减：用总反应式减去负极反应式，得正极反应式。

(5)、查：查正极和负极得失电子数目是否相等。气体和沉淀符号是否标明。(或将正极和负极的电极式相加，看是否等于总反应式。若相等则正确。否则为错。)

注意：新型燃料电池的燃料很多，如H₂、CO、CH₄、C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、CH₃OH、Al等都可用作燃料。条件也比较复杂，有的是酸、有的是碱、有的还可为盐溶液或熔融氧化物。写电极式时，遇具体问题要具体分析。

例2、航天技术中使用的氢－氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢－氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池反应方程式都可以表示为2H₂＋O₂=2H₂O，酸式氢－氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为2H₂—4e^-=4H^＋，则其正极反应可表示              ；碱式氢－氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应式为O₂＋2H₂O＋4e^-=4OH^－，则其负极反应可表示为                           

解析：此题的总反应式、电解质溶液为酸、碱时负极、正极的电极反应式都为已知，只需完成上述五步中的减、查两步就可得其答案。

在酸性时的正极反应式为：(2H₂＋O₂)—(2H₂—4e^-)=2H₂O—4H^＋→O₂＋4e^-=2H₂O—4H^＋→O₂＋4e^-＋4H^＋=2H₂O；

在碱性时的负极反应式为：(2H₂＋O₂)—(O₂＋2H₂O＋4e^-)=2H₂O —4OH^－ → 2H₂—2H₂O—4e^- =2H₂O — 4OH^－ → 2H₂＋4OH^－—4e^-=4 H₂O

氢－氧燃料电池在酸性条件下的电极反应式书写另解：根据原电池原理知，负极发生氧化反应，负极的电极反应式为， 2H₂—4e^-=4H^＋；而正极发生还原反应，即O₂＋4e^-=O^2－，O₂生成的2molO₂^－和酸性溶液中的4mol H^＋结合成得4H^＋＋O^2－=2H₂O，即正极反应式为O₂＋4e^-＋4H^＋=2H₂O；在酸性条件下，2mol H₂生成的H^＋和1mol O₂生成的O^2－消耗的H^＋物质的量相等，溶液的pH值不发生变化。

例3、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6500C下工作的燃料电池。完成有关的电极反应式。阳极反应式： 2CO＋2 CO₃^2－ =4 CO₂ ＋4e^-；阴极反应式                        ；总反应式为                          。

解析：因制得的是在650℃下工作的燃料电池，其阳极反应式为2CO＋2 CO₃^2－ =4 CO₂ ＋4e^-其中碳的化合价由－2价升到＋4价，发生氧化反应，所以阳极反应式其本质就是负极反应式。此题的阴极反应式就是正极反应式，而正极发生的是还原反应。据空气与CO₂的混合气为阴极助燃气知，空气中的O₂得4mol 电子， 从0价降到－2价变为2molO₂^－， 2molO₂^－与2mol CO₂结合为2mol CO₃^2－。即阴极反应式为： O₂＋2CO₂＋4e^-=2CO₃^2－，再将阴极和阳极反应式相加，得其总反应式为2CO＋O₂=2CO₂

从上可知，如果不知界质能否与正、负极反应的产物反应，也可以根据原电池的原理，首先确定原电池的负极反应物，写出负极反应物和失去的电子物质的量以及生成的粒子。即负极反应式。然后又根据题意，找出正极的反应物，写出正极反应物和得到电子物质的量，同时参考负极反应式和电子守恒，得出正极反应式。

思考：

1、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y₂O₃)的氧化锆(ZrO₂)晶体，在熔融状态下能传导O^2-。下列对该燃料电池说法正确的是(    )(05广东)

A．在熔融电解质中，O^2- 由负极移向正极

B．电池的总反应是：2C₄H₁₀ ＋ 13O₂→ 8CO₂ ＋ 10H₂O

C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O₂ ＋ 4e^- = 2O^2-

D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C₄H₁₀ ＋ 26e^- ＋ 13O^2-== 4CO₂＋5H₂O

2、据报到，最近摩托罗拉公司研制出一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液构成的新型电池，电量可达现用锂电池的10倍，有关此电池的叙述错误的是(    )。

A、甲醇通入负极，氧气通入正极 

B、这种电池是利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置 

C、电池在使用过程中，电解质溶液的Rh值升高 

D、正极的电极反应式为： O₂＋2H₂O＋4e^-=4OH^－

参考答案1、B、C     2、C