杰哥 | 5-1 原電池

1??原電池基本概念

1. 能量轉(zhuǎn)化：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置
2. 本質(zhì)：將一個(gè)可以自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)分開在兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行，將兩個(gè)區(qū)域用導(dǎo)線連接起來，電子則定向的由發(fā)生氧化反應(yīng)的負(fù)極流向發(fā)生還原反應(yīng)的正極，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化的裝置。
3. 原電池工作原理：氧化還原為中心，兩極一液成回路

（1）負(fù)極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)

（2）正極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)

（3）電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極（由負(fù)到正）

（4）離子移動：陽離子往正極移動，陰離子往負(fù)極移動（正正負(fù)負(fù)）

2??原電池工作原理（以鋅銅原電池為例）

電極反應(yīng)

負(fù)極：Zn - 2e? == Zn2?，氧化反應(yīng)

正極：Cu2? + 2e? == Cu，還原反應(yīng)

總反應(yīng)：Zn + Cu2? == Cu + Zn2?

鹽橋的組成和作用

鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊膠。

鹽橋的作用：

a. 連接內(nèi)電路，形成閉合回路；

b. 平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。

鹽橋中離子移向：陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極。

3??原電池正、負(fù)極判斷

1. 根據(jù)電極反應(yīng)或總反應(yīng)方程式來判斷

• 作還原劑、失電子、化合價(jià)升高、發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極
• 作氧化劑、得電子、化合價(jià)降低、發(fā)生還原反應(yīng)的電極是正極

2. 根據(jù)外電路中電子流向或電流方向來判斷

電子流出或電流流入的一極負(fù)極；電子流入或電流流出的一極正極

3. 根據(jù)內(nèi)電路（電解質(zhì)溶液中）中離子的遷移方向來判斷

陽離子向正極移動；陰離子向負(fù)極移動

4. 根據(jù)原電池的兩電極材料來判斷

兩種金屬（或金屬與非金屬）組成的電極，若它們都與（或都不與）電解質(zhì)溶液單獨(dú)能反應(yīng)，則較活潑的金屬作負(fù)極；若只有一種電極與電解質(zhì)溶液能反應(yīng)，則能反應(yīng)的電極作負(fù)極

5. 根據(jù)電極現(xiàn)象來判斷

工作后，電極質(zhì)量減少，說明該電極金屬溶解，失去電子變成金屬離子，該電極為負(fù)極;電極質(zhì)量增加或不變，說明溶液中的陽離子在該電極放電生成金屬單質(zhì)或溶液中的陽離子得電子，該電極為正極

4??原電池的應(yīng)用

1. 加快氧化還原反應(yīng)的速率：

一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率加快。

如：在Zn和稀硫酸反應(yīng)時(shí)，滴加少量CuSO?溶液，則Zn置換出的銅和鋅能構(gòu)成原電池的正負(fù)極，從而加快Zn與稀硫酸反應(yīng)的速率

2. 比較金屬活動性的強(qiáng)弱

（1）方法：一般情況下，負(fù)極的金屬活動性比正極的金屬活動性強(qiáng)

• 特例
• Mg—Al，溶液是NaOH
• Fe—Cu，溶液是濃HNO?

（2）常見規(guī)律：電極質(zhì)量較少，作負(fù)極較活潑，有氣體生成、電極質(zhì)量不斷增加或不變作正極，較不活潑

如：有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時(shí)間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，即可以斷定金屬活動性:A>站

3. 設(shè)計(jì)原電池

（1）依據(jù)：已知一個(gè)氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負(fù)極材料（或在負(fù)極上被氧化），氧化劑（電解質(zhì)溶液中的陽離子）在正極上被還原

（2）選擇合適的材料

①電極材料：電極材料必須導(dǎo)電。負(fù)極材料一般選擇較活潑的金屬材料，或者在該氧化還原反應(yīng)中，本身失去電子的材料

②電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負(fù)極反應(yīng)

如：根據(jù)2Fe3? +Cu ==2Fe2? +Cu2?設(shè)計(jì)電池

4. 用于金屬的防護(hù)——犧牲陽極法

（1）原理:利用原電池原理，讓被保護(hù)金屬做正極，一種活潑性較強(qiáng)的金屬做負(fù)極，用導(dǎo)線相連

（2）被保護(hù)的金屬作正極，活潑性更強(qiáng)的金屬作負(fù)極

（3）實(shí)例：要保護(hù)一個(gè)鋼閘門，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極

5??常見的化學(xué)電源：一次電池

一次電池就是放電之后不可再充電的電池。一次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池。常見的一次電池有普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、紐扣式銀鋅電池等。

1. 酸性鋅錳電池：

結(jié)構(gòu)：石墨棒作正極，鋅筒作負(fù)極，電解液溶液（NH?Cl和ZnCl?混合液）用淀粉糊固定化

電極反應(yīng)：

• 負(fù)極：Zn -2e? = Zn2?
• 正極：2MnO? +2NH?? +2e? ==Mn?O? +2NH? +H?O

特點(diǎn)：制作簡單、價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是易發(fā)生自放電而導(dǎo)致存放時(shí)間短，放電后電壓下降快速

2. 堿性鋅錳干電池：

結(jié)構(gòu)：其負(fù)極是Zn，正極是MnO?，電解質(zhì)溶液是KOH溶液

電極反應(yīng)：

• 負(fù)極：Zn +2OH? -2e? == Zn(OH)?
• 正極：2MnO? +2H?O +2e? == 2MnO(OH) + 2OH?
• 總反應(yīng)：Zn + 2MnO? +2H?O == 2MnO(OH) +Zn(OH)?

特點(diǎn)：比能量較高，儲存時(shí)間較長，可適用于大電流和連續(xù)放電

3. 紐扣式鋅銀電池

結(jié)構(gòu)：以鋅為負(fù)極，銀的氧化物為正極，KOH（或NaOH）溶液為電解液的紐扣狀微型原電池

電極反應(yīng)：

• 負(fù)極（Zn）：Zn +2OH? -2e? == Zn(OH)?
• 正極（Ag?O）：Ag?O +H?O +2e? == 2Ag + 2OH?
• 總反應(yīng)：Zn +Ag?O +H?O == Zn(OH)? +2Ag

特點(diǎn)：比能量大、電壓穩(wěn)定、儲存時(shí)間長

6??常見的化學(xué)電源：二次電池

二次電池又稱可充電電池或蓄電池。充電電池在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)又可以逆向進(jìn)行，生成物重新轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，使充電、放電可在一定時(shí)期內(nèi)循環(huán)進(jìn)行。常見的二次電池有鉛蓄電池、鎘鎳電池、鋰離子電池等蓄電池等

7??二次電池—鉛酸蓄電池

結(jié)構(gòu)：鉛酸蓄電池是由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO?，負(fù)極板覆蓋有Pb，稀硫酸作電解質(zhì)溶液

總反應(yīng)：Pb +PbO? +2H?SO? ?放電?充電? PbSO? +2H?O

放電時(shí)（原電池角度）

• 負(fù)極反應(yīng)：Pb -2e? +SO?2? == PbSO?
• 正極反應(yīng)：PbO? +2e? +SO?2? + 4H? == PbSO? +2H?O

充電時(shí)（電解池角度）

• 陰極反應(yīng)：PbSO? +2e? == Pb +SO?2?
• 陽極反應(yīng)：PbSO? -2e? == PbO? +SO?2? +4H?

特點(diǎn)：常作汽車電瓶，電壓穩(wěn)定，使用方便安全

8??二次電池—鋰離子電池

電極反應(yīng)

• 總反應(yīng)Li?C? +Li???CoO? ?放電?充電? LiCoO? +C?
• 負(fù)極【嵌鋰石墨（Li?C?）】：Li?C? -xe? -xLi? +C?
• 正極【鈷酸鋰（LiCoO?）】：Li???CoO? +xe? +xLi? =LiCoO?

反應(yīng)過程：放電時(shí)，Li?從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中，充電時(shí)，Li?從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時(shí)，鋰離子往返于電池的正極、負(fù)極之間完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化

9??燃料電池—?dú)溲跞剂想姵?/strong>

燃料電池是一種連續(xù)地將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)反應(yīng)裝置，具有清潔、安全、高效等特點(diǎn)。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80%以上。

H?SO?溶液：

• 負(fù)極反應(yīng)式：2H? -4e? =4H?
• 正極反應(yīng)式：O? +4e? +4H? =2H?O

KOH溶液：

• 負(fù)極反應(yīng)式：2H? -4e? -4OH? =4H?O
• 正極反應(yīng)式：O? +4e? +2H?O =4OH?

總反應(yīng)：2H? +O? =2H?O

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