原电池的工作原理.doc

1、原电池的工作原理1将化学能转变为电能的装置叫做原电池，它的原理是将氧化还原反应中还原剂失去的电子经过导线传给氧化剂，使氧化还原反应分别在两极上进行。2原电池的形成条件：（如下图所示）（1）活泼性不同的电极材料 （2）电解质溶液（3）构成闭合电路（用导线连接或直接接触） （4）自发进行的氧化还原反应特别提醒：构成原电池的四个条件是相互联系的，电极不一定参加反应，电极材料不一定都是金属，但应为导体， 电解质溶液应合理的选取。3判断原电池正负极常用的方法负极：一般为较活泼金属，发生氧化反应；是电子流出的一极，电流流入的一极；或阴离子定向移动极；往往表现溶解。正极：一般为较不活泼金属，能导电的非金属；

2、发生还原反应；电子流入一极，电流流出一极；或阳离子定向移向极；往往表现为有气泡冒出或固体析出。4原电池电极反应式书写技巧（1）根据给出的化学方程式或题意，确定原电池的正、负极，弄清正、负极上发生反应的具体物质（2）弱电解质、气体、难溶物均用化学式表示，其余以离子符号表示，写电极反应式时，要遵循质量守恒、元素守恒定律及正负极得失电子数相等的规律，一般用“=”而不用“”（3）注意电解质溶液对正、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或化学方程式加以确定（4）正负电极反应式相加得到原电池的总反应式，通常用总反应式减去较易写的电极反应式，从而得到较难写的电极反应式。5.原电池原理的应用（1）设计原

3、电池（这是近几年高考的命题热点）（2）加快了化学反应速率：形成原电池后，氧化还原反应分别在两极进行，使反应速率增大，例如：实验室用粗锌与稀硫酸反应制取氢气；在锌与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4 溶液，能使产生 H2 的速率加快（3）进行金属活动性强弱的比较（4）电化学保护法：即金属作为原电池的正极而受到保护，如在铁器表面镀锌六、化学电源1.各类电池（1）干电池（属于一次电池）结构：锌筒、填满 MnO2 的石墨、溶有 NH4Cl 的糊状物。电极反应 负极：Zn-2e -=Zn2+ 正极：2NH 4+2e-=2NH3+H2 （2）铅蓄电池（属于二次电池、可充电电池） 结构：铅板、填满 PbO2

4、的铅板、稀 H2SO4。A.放电反应 负极： Pb-2e-+ SO42- = PbSO4 正极： PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2OB.充电反应 阴极：PbSO 4 +2e-= Pb+ SO42- 阳极：PbSO 4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42- 总式：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O （3）锂电池 结构：锂、石墨、固态碘作电解质。 电极反应 负极： 2Li-2e- = 2Li+ 正极： I2 +2e- = 2I- 总式：2Li + I2 = 2LiI（4）铝、空气燃料电池 以铝 空气海水电

5、池为能源的新型海水标志灯已研制成功。这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断产生电流。电极反应：铝是负极 4Al-12e-= 4Al3+； 石墨是正极 3O2+6H2O+12e-=12OH-2. 燃料电池正极反应式的书写因为燃料电池，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，现将与电解质有关的五种情况归纳如下。电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸） 正极反应式为 O24H +4e-=2H2O。电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）正极反应式为 O22H 2O+4e-=4OH-。电解质为熔融的碳酸盐（如 LiCO3 和 Na2CO3 熔融盐混和物）在熔

6、融的碳酸盐环境中，正极反应式为 O22CO 2+4e-=2CO32-。电解质为固体电解质（如固体氧化锆氧化钇）该固体电解质在高温下可允许 O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为 O24e-=2O 2-。综上所述，在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。 3. 常见燃料电池电极反应式的书写（1）氢氧燃料电池氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入 H2，正极通入 O2，总反应为： 2H2 + O2 = 2H2O 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况：a. 电解质是 KOH 溶液（碱性电解质）负极：H 2 2e- + 2OH = 2H2O

7、正极：O 2 + H2O + 4e- = OH b. 电解质是 H2SO4溶液（酸性电解质） 负极：H 2 2e- = 2H+ 正极：O 2 + 4H+ + 4e- = 2H2O c. 电解质是 NaCl 溶液（中性电解质） 负极：H 2 2e- = 2H+(氧化反应) 正极：O 2 + H2O + 4e- = 4OH 说明:1、碱性溶液反应物、生成物中均无 H+ 2、.水溶液中不能出现 O2- 3、中性溶液反应物中无 H+ 和 OH- 4、酸性溶液反应物、生成物中均无 OH- (2) 甲醇燃料电池 a. 碱性电解质（铂为两极、电解液 KOH 溶液） 正极：3O 2 + 12e- + 6H20

8、= 12OH- 负极：2CH 3OH 12e- + 16OH = 2CO32- +12H2O总反应方程式 2CH3OH + 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6H2O b. 酸性电解质（铂为两极、电解液 H2SO4 溶液）正极：3O 2 + 12e- + 12H+ = 6H2O （注：乙醇燃料电池与甲醇 负极：2CH 3OH 12e- +2H2O=12H+2CO2 燃料电池原理基本相同）总反应式 2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O （3）CO 燃料电池 （总反应方程式均为： 2CO O2 2CO2）a. 熔融盐（铂为两极 、Li 2CO3 和 Na2CO3 的熔融盐

9、作电解质，CO 为负极燃气，空气与CO2 的混合气为正极助燃气）正极： O2 4e- 2CO2 2CO32- 负极： 2CO2 CO32- 4e- =4CO2 b. 酸性电解质（铂为两极、电解液 H2SO4 溶液）正极： O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O 负极： 2CO 4e- + 2H2O = 2CO2 +4H+ (4) 肼燃料电池 （铂为两极、电解液 KOH 溶液）正极： O2 + 2H2O + 4e- = 4OH 负极： N2H4 + 4OH - 4e- = N2 + 4H2O 总反应方程式 N2H4 + O2= N2 + 2H2O(5) 甲烷燃料电池a碱性电解质（铂为两极、电

10、解液 KOH 溶液）正极： 2O2 + 2H2O + 8e- = 8 OH 负极： CH4 + 10OH- 8e- = CO32- + 7H2O 总反应方程式 CH4 + 2KOH+ 2O2 = K2CO3 + 3H2Ob. 酸性电解质（铂为两极、电解液 H2SO4 溶液）正极： 2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O 负极： CH4 - 8e- + 2H2O = 8H+ + CO2 总反应方程式 CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O(6)丙烷燃料电池（铂为两极、 正极通入O 2和CO 2、负极通入丙烷、 电解液有三种）a. 电解质是熔融碳酸盐（K 2CO3或Na 2CO3）总反

11、应方程式 C3H8 + 5O2 =3CO2 +4H2O正极 ： 5O2 + 20e- + 10CO2 = 10CO32- 负极 ：C 3H8 - 20e-+ 10CO32- = 3CO2 + 4H2Ob. 酸性电解质 （电解液H 2SO4溶液）总反应方程式 C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O正极 ：5O 2 + 20e- + 26H+ = 10H2O 负极：C 3H8 - 20e- + 6H2O = 3CO2 +20 H+ c. 碱性电解质 （铂为两极、电解液 KOH溶液）正极 ：5O 2+ 20e- + 10H2O = 20OH 负极：C 3H8 - 20e-+ 26 OH =

12、 3CO32- + 17H2O 总反应方程式 C3H8 + 5O2 +6KOH = 3K2CO3 + 7H2O（7）乙烷燃料电池 （铂为两极、电解液KOH 溶液）正极 ：7O 2+ 28e- + 14H2O = 28OH 负极：2C 2H6 - 28e-+ 36 OH = 4CO32- + 24H2O总反应方程式 2C2H6 + 7O2 + 8KOH = 4K2CO3 + 10H2O七、电解原理及规律 电极的判断与电极上的反应。（1）阳极： 与电源正极相连的电极，是发生氧化反应； 若惰性材料（石墨、Pt、Au ）作阳极，失电子的是溶液中的阴离子；若为活性金属电极（Pt、Au 除外） ，失电子的

13、是电极本身，表现为金属溶解。（2）阴极： 是与电源负极相连的电极，电极本身不参与反应；溶液 中的阳离子在阴极上得电子，发生还原反应。 电流或电子的流向：电解池中电子由电源负极流向阴极，被向阴极移动的某种阳离子获得，而向阳极移动的某种阴离子或阳极本身在阳极上失电子，电子流向电源正极。 离子的放电顺序：主要取决于离子本身的性质，也与溶液浓度、温度、电极材料等有关。（1）阴极（得电子能力）：Ag +Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+（H +）Al3+Mg2+Na+Ca2+ K+，但应注意，电镀时通过控制条件（如离子浓度等） ，Fe2+和 Zn2+可先于 H+放电。（2）阳极（失电子

14、能力）：若阳极材料为活性电极（Pt、Au 除外） ，则电极本身失去电子，而溶液中的阴离子不参与电极反应；若阳极材料为惰性电极，则有S2 I Br Cl OH 含氧酸根离子及 F 等。4酸、碱、盐溶液电解规律（惰性电极）5原电池、电解池、电镀池的判断（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判断（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同，则为电镀池（3）若无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。（4）可充电电池的判断：放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变为阴极，与外电源负极相连。