发布时间 : 星期一 文章原电池原理--高一更新完毕开始阅读07af5a4258eef8c75fbfc77da26925c52dc5917a
化学能与电能的转化
1、原电池
一、定义：将化学能转化为电能的装置。 二、构成原电池的条件
① 自发的氧化还原反应；② 两个电极（活性不同）；③ 电解质溶液；④ 构成闭合回路。 三、工作原理
（一）以锌铜电池为例
1.实验步骤：
按右图组装好仪器，像两只烧杯中分别加入30 mL 1.0 moL·L-1CuSO4溶液和30 mL 1.0 moL·L-1 ZnSO4溶液，将连接导线和电流计的锌片和铜片分别插入CuSO4溶液和ZnSO4溶液中，将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液中，观察实验现象。取出盐桥，观察实验现象。
2.实验现象：
① 左边烧杯中的锌片逐渐溶解，右边烧杯中的铜片上有红色金属析出，电流计的指针发生偏转；
② 取出盐桥，电流计的指针不再偏转，铜片上不再有红色晶体析出，锌片也不再溶解。
负极反应：Zn - 2e- === Zn2+ （氧化反应） 正极反应：Cu2+ + 2e- === Cu （还原反应） 电池反应：Zn + Cu2+ === Zn2+ + Cu
3. 注意：盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子在盐桥中能自由移动。 盐桥的作用：① 连接电解质溶液，使原电池形成一个闭合的回路； ② 平衡电解质溶液中的电荷。
（二）工作原理解析：原电池是如何将化学能转化为电能的？
负极：还原剂 - ne- === 氧化产物（发生氧化反应） 正极：氧化剂 - ne- === 还原产物（发生还原反应）
【例1】将锌片和铜片用导线连接置于同一稀硫酸溶液中，则（ ）
A．正极附近c(
)逐渐增大
B．反应过程中溶液的pH逐渐增大
C．电子经外电路由Zn片流向Cu片，又从Cu片经电解质溶液流向Zn片 D．锌片、铜片和硫酸形成原电池后，化学能全部转化为电能
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【例2】下列装置能否形成原电池？
① ② ③ ④ ⑤
⑥ ⑦ ⑧
四、原电池正负极的判断
（1）一般是较活泼的金属充当负极，较不活泼的金属或非金属或金属氧化物作正极。 （2）根据电子流向或电流方向确定：电子流出的一极或电流流入的一极为负极； （3）根据内电路中自由离子的移动方向确定：阴离子移向负极，阳离子移向正极。 （4）根据原电池反应式确定: 负极--氧化反应 正极--还原反应
（5）一些特殊现象：负极--溶解，减重等 正极--增重，产生气泡等 五、形成原电池可以加快化学反应速率
【例3】下列有关在实验室用锌和稀盐酸制H2实验的叙述正确的是（ ）
①用粗锌（含有比锌不活泼的金属）比纯锌反应速率快 ②滴加少量CuSO4溶液可加快产生H2的速率 ③滴加少量CuSO4溶液不改变生成H2的总量 ④采用浓硫酸可以加快产生H2的速率
⑤在反应容器中加入一定量CH3COONa晶体会影响反应速率
⑥在反应容器中加入一定量CH3COONa晶体会影响生成H2的总量 ⑦在反应容器中加入一定量Na2CO3晶体会影响生成H2的总量 ⑧在反应容器中加入NaCl溶液不会改变生成H2的速率 ⑨在反应容器中加入NaNO3固体不会改变生成H2的速率
六、原电池中电极反应式的书写
①第一步，写出在两极发生化合价改变的反应物和生成物（分子或离子）及得失电子数，具体地，负极：写出失电子的物质(多为金属单质)、失去的电子数及对应的氧化产物；
正极：写出得电子的物质、得到的电子数及对应的还原产物。 ②第二步，结合题中的反应环境（酸性或碱性电解质溶液），在电极反应式的左边或右边添加一定个数的H+或OHˉ，使之满足电荷守恒。实际上只有4种添加方法：①左边加H+，右边加H2O；②左边加H2O，右边加H+；③左边加OHˉ，右边加H2O；④左边加H2O，右边加OHˉ。注意：绝不能在一边加H+，一边加OHˉ。
③第三步，根据原子个数守恒，在电极反应式的左边或右边添加一定个数的H2O。 ④注意调整两个电极上得失电子数目相等。
⑤若电极反应产生的离子与电解质溶液中的离子不能共存，则该电解质溶液中的离子也应写入电极反应式。
⑥正负极反应式相加得到电池反应的总反应(总的离子方程式)，可据此判断所写电极反应式是否正确。若能写出已知电池反应的总方程式(总的离子方程式)，可以减去较易写出的
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电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。
【例4】①从铜、铁及碳棒中选取合适的电极材料设计一个原电池，实现如下反应3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，则负极为 ，电极反应式为 ，正极应选 ，电极反应式为 。
②钮扣电池（银锌电池）的放电过程可以表示为：Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，则正极为 ，电极反应式为 ，负极为 ，电极反应式为 。
③以Mg、Al为电极材料设计一个原电池，实现反应：2Al+2NaOH+6H2O =2Na[Al(OH)4]+3H2
↑，请写出电极反应式并标出电极材料和名称。
【例5】氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。其
2Ni(OH)2，据此判断，下列叙述中正确的是（ ） 总反应是H2+2NiO(OH)
A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 B.电池放电时，镍元素被氧化 C.电池充电时，氢元素被还原 D.电池放电时，H2是负极
2、化学电源
常见化学电源的工作原理
一次电池是指电池放电后不能用简单的充电方法使活性物质复原而继续使用的电池，当电池中的活性物质大部分被消耗后就不能再继续使用。
二次电池又称为蓄电池。二次电池中，发生氧化还原反应的物质（电极、电解质溶液）大部分被消耗后，又可以通过充电而获得再生而恢复其供电能力，可多次重复使用。
燃料电池的氧化剂和还原剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。因此燃料电池能够连续不断的提供电能。 电池名称 银锌纽扣电池 构成 Zn|KOH|Ag2O 反应式 负极反应式：Zn - 2e- + 2OH- === Zn(OH)2 正极反应式：Ag2O + 2e- + H2O === 2Ag + 2OH- 电池反应式：Zn + Ag2O + H2O === Zn(OH)2 + 2Ag 一次电池 负极反应式：Zn - 2e- === Zn2+ 正极反应式： 普通锌锰电池 Zn|MnO2、NH4Cl|C 2MnO2 + 2e- + 2NH4+ === Mn2O3 + 2NH3 + H2O 电池反应式： Zn + 2MnO2 + 2NH4+ === Zn + Mn2O3 + 2NH3 + H2O 负极反应式：Zn - 2e- + 2OH- === Zn(OH)2 正极反应式：2MnO2 + 2e- + 2H2O === 2MnOOH + 2OH- 电池反应式： Zn + 2MnO2 + 2H2O === Zn(OH)2 + 2MnOOH 碱性锌锰电池 Zn|KOH|MnO2 锂电池 心脏起搏电池
负极反应式：8Li - 8e- === 8Li+ Li|LiAlCl4、SOCl2|C 正极反应式：3SOCl2 + 8e- === SO32- + 2S + 6Cl- 电池反应式：8Li + 3SOCl2 === 8Li+ + SO32- + 6Cl- + 2S Zn|H+|O2、Pt 负极反应式：2Zn - 4e- === 2Zn2+ 3
正极反应式：O2 + 4e- + 4H+ === 2H2O 电池反应式：2Zn + O2 + 4H+ === 2Zn2+ + 2H2O 海水电池 铝|空气、海水|C 负极反应式：4Al - 12e- === 4Al3+ 正极反应式：3O2 + 12e- + 6H2O === 12OH- 电池反应式：4Al + 3O2 + 6H2O === 4Al(OH)3 负极反应式：Pb - 2e- + SO42- === PbSO4 正极反应式：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ === PbSO4 + 2H2O 电池反应式：Pb + PbO2 + 4H+ + SO42 === 2PbSO4 + 2H2O 负极反应式：H2 - 2e- + 2OH- === 2H2O 正极反应式： 2NiO(OH) + 2e- + 2H2O === 2Ni(OH)2 + 2OH- 电池反应式：2NiO(OH) + H2 === 2Ni(OH)2 负极反应式：Fe - 2e- + 2OH- === Fe(OH)2 正极反应式：NiO2 + 2e- + 2H2O === Ni(OH)2 + 2OH- 电池反应式：Fe + NiO2 + 2H2O === Fe(OH)2 + Ni(OH)2 负极反应式：H2 - 2e- === 2H+ 正极反应式：1/2O2 + 2e- + 2H+ === H2O 电池反应式：H2 + 1/2O2 === H2O 负极反应式：H2 - 2e- + 2OH- === 2H2O 正极反应式：1/2O2 + 2e- + 2H+ === H2O 电池反应式：H2 + 1/2O2 === H2O 负极反应式：H2 - 2e- === 2H+ 正极反应式：1/2O2 + 2H+ + 2e- === H2O 电池反应式：H2 + 1/2O2 === H2O 负极反应式：2CH3OH -12e- + 16OH- === 2CO32- + 12H2O 正极反应式：3O2 + 12e- + 6H2O === 12OH- 电池反应式：2CH3OH + 3O2 + 4OH- === 2CO32- + 3H2O 负极反应式：CH4 -8e- + 10OH- === CO32- + 7H2O 正极反应式：2O2 + 8e- + 4H2O === 8OH- 电池反应式：CH4 + 2O2 + 2OH- === CO32- + 3H2O 铅蓄电池 二次电池 Pb|H2SO4|PbO2 镍氢电池 H2|OH-|NiO(OH) 铁镍电池 Fe|OH-|NiO2 氢氧燃料电池 H2|H+|O2 氢氧燃料电池 燃料氢氧燃料电池 电池 甲醇燃料电池 H2|OH-|O2 H2|NaCl|O2 CH3OH|OH-|O2 甲烷燃料电池 CH4|OH-|O2
燃料电池的工作原理：
有关燃料电池的基本常识：负极：燃料失去电子（燃料一定是在负极反应的）
正极：O2获得电子（O2一定是在正极上反应的）
电解质：①水溶液（酸性、碱性、中性）、②固体氧化物或熔融氧化物、③熔融盐 ⒈电解质为水溶液（酸性、碱性、中性）
【例6】甲烷碱性燃料电池（电解质溶液为KOH） 负极： 正极：
甲烷酸性燃料电池（电解质溶液为H2SO4） 负极： 正极：
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