例析高考化学燃料电池电极反应式的书写

　　摘要：以高考化学燃料电池试题为研究对象，根据电解质类型的不同，总结归纳出五种不同电解质环境下正极反应式的书写；在电负性理论的基础上提出一种直接书写燃料电池负极反应式的新方法——“相对化合价法”，并结合例题介绍了此法在书写燃料电池负极反应式时的具体运用。
　　关键词：燃料电池；电极反应式书写；相对化合价法；中学化学教学
　　文章编号：1005–6629（2016）12–0077–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
　　燃料电池（Fuel Cell）是一种将化学能转化为电能的装置，燃料和氧化剂分别从负极和正极的电极微孔进入电池体系，受到电极材料的催化分别发生氧化反应和还原反应，同时产生电流。其基本构造可表示为[1]：（-）燃料‖电解质‖氧化剂（+）。
　　由于燃料电池具有能量转换效率高、机动灵活、燃料多样及环境友好等优点越发受到重视。随着新型燃料电池的日益广泛应用，对燃料电池的考查已成为高考的热点内容，要求学生了解燃料电池的基本工作原理，能正确书写出常见电解质环境中的电极反应式。关于电极反应式的书写的文献报道在教育界不胜枚举，但很多文献介绍的书写方法仍然是间接的相减法，近年来也发展了直接的书写方法，如零价法[2]、四步法[3]等，但文献[2]仅介绍了负极反应式的书写，覆盖面相对狭窄；而文献[3]方法过于繁杂，要求学生必须对氧化还原反应的相关知识理解透彻才能够较好地运用，对学生来说掌握较为困难。本文以燃料电池电解质类型的分类作为参考，总结不同燃料电池正极反应式的书写，建立其书写模式，系统阐述了相对化合价法书写燃料电池负极反应式的具体运用，为教学实践提供参考，对学生正确、快速解题具有指导意义。
　　1 燃料电池总反应式的书写
　　3.1 相對化合价法书写负极反应式的理论基础
　　燃料分子中不同原子之间以共价键方式连接，成键原子对键合电子吸引力的大小可用电负性来表示。电负性较大的成键原子对键合电子的吸引力较大，使键合电子偏向于该原子，导致其带部分负电荷，元素化合价表现为负值；而电负性相对较小的原子将会带上部分正电荷，元素化合价表现为正值。如有机物CH4中，C的电负性为2.5，H的电负性为2.1，键合电子偏向于C，导致C元素的化合价显负价，而H元素则显正价。又如有机物CH3CH2OH中，O的电负性最大，H的电负性最小，则O元素化合价表现为负值，H元素为正值，而C元素的化合价由H和O的具体数值确定。
　　3.2 相对化合价法书写负极反应式的具体步骤
　　燃料电池中，燃料在负极发生失电子的氧化反应，先判断燃料物质中各元素电负性的相对大小，确定反应前后各元素的化合价，进而确定单位燃料物质参与反应失去的电子总数，即确定了燃料分子与电子数之比；再由电池所处的化学环境及电荷守恒、质量守恒，直接书写电池负极反应式。下面以具体实例加以说明：
　　例5 （2009·江苏·T12·节选）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图5所示。下列关于该电池的叙述正确的是（ ）
　　运用相对化合价法书写燃料电池负极反应式，关键是依据电负性的相对大小确定燃料物质中各元素的相对化合价。一般来说，如果燃料分子中只含C、H、O三种元素，则以O元素为-2价，H元素为+1价来确定C元素的相对化合价，计算出单位燃料被氧化后失去的电子总数，确定化学计量系数之比；其次考虑电解质环境，结合守恒原理直接书写负极反应式。
　　参考文献：
　　[1]傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华编.物理化学（下）（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2005：141.
　　[2]杨金才.浅析一种书写燃料电池负极反应式的新方法[J].化学教学，2016，（4）：87～89.
　　[3]郭萌.四步法书写燃料电池电极反应式[J].中学化学，2016，（7）：22～23.
　　[4][5]吴辉煌主编.电化学[M].北京：化学工业出版社，2004：268.
　　[6]钱桂香，赵学红.加减消元思想在化学学习中的运用[J].中学生数理化，2016，（1）：65.

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