关于燃料电池负极反应方程式的简便书写方式

有机物燃烧通式

首先需要了解有机物在氧气中燃烧的通式，这是推导燃料电池负极反应的基础：

$$C_xH_yO_z + \left(x + \frac{y}{4} - \frac{z}{2}\right)O_2 \rightarrow xCO_2 + \frac{y}{2}H_2O$$

即符合 $C_xH_yO_z$ 通式的物质（$x, y, z$ 取值均为自然数）在氧气中燃烧的通式。

通过此通式配平得到的方程式各项系数不一定为整数，因此需要将其各项系数化为正整数，得到的 $C_xH_yO_z$ 的系数记为 $M$，而 $O_2$ 的系数记为 $N$。

通过燃烧通式与正极反应相减，可得到以下负极反应方程式。

注意：因以碱性物质作为电解质的燃料电池产生的 $CO_2$ 会与之反应，故应加上二氧化碳与氢氧根反应通式消去。

负极反应通式

熔融氧化物电解质

$$C_xH_yO_z - (4x + y - 2z)e^- + \left(2x + \frac{y}{2} - z\right)O_2 \rightarrow xCO_2 + \frac{y}{2}H_2O$$

碱性电解质

$$C_xH_yO_z - (4x + y - 2z)e^- + (6x + y - 2z)OH^- \rightarrow xCO_3^{2-} + (3x + y - 2z)H_2O$$

酸性电解质

$$C_xH_yO_z - (4x + y - 2z)e^- + (4x + y - 2z)OH^- \rightarrow xCO_2 + (2x + y - 2z)H_2O$$

熔融碳酸盐电解质

$$C_xH_yO_z - (4x + y - 2z)e^- + \left(2x + \frac{y}{2} - z\right)CO_3^{2-} \rightarrow \left(3x + \frac{y}{2} - z\right)CO_2 + \frac{y}{2}H_2O$$

书写时，方程式内相关系数应扩展相同倍数，此倍数即为 $M$。同样，电池的正极反应式也应扩展相同倍数，此倍数为 $N$。

正极反应通式

四种常见电解质对应的正极反应：

注意：碱性电解质溶液为电解质溶液时，需具体情况具体分析。另外附上不与二氧化碳反应的情况：

$$C_xH_yO_z - (4x + y - 2z)e^- + (4x + y - 2z)OH^- \rightarrow xCO_2 + (2x + y - 2z)H_2O$$

$$O_2 + 4e^- + 2H_2O = 4OH^-$$

总结

只需记住燃烧通式，配合对应的正极反应式相减，再根据电解质类型调整，即可快速写出各类燃料电池的负极反应方程式。