原电池的电动势与电极电位(势)

Cu
2+
(aq ) +
2 e = Cu (s )
原电池放电总反应： 原电池放电总反应： Zn (s) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu (s)
盐桥(饱和 琼脂)的作用 盐桥 饱和KCl (aq)（或Na2SO4） + 琼脂 的作用 饱和 （
作为正 负离子通道， 两个“半电池” 作为正、负离子通道，使两个“半电池”的溶液都 保持电中性，维持电路畅通。 保持电中性，维持电路畅通。 Cl- , SO42- → ZnSO4 (aq) K+ , Zn2+ → CuSO4 (aq) KCl 也可以用 2SO4等其它电解质代替。 也可以用Na 其它电解质代替 代替。 原电池”放电反应： 总结 “原电池”放电反应： 负极(Cathode): 电势低，电子流出，发生氧化反应; 负极 电势低，电子流出，发生氧化反应 氧化反应 正极(Anode): 电势高，电子流入，发生还原反应。 电势高，电子流入，发生还原反应。 还原反应 正极
铜电池（ 电池) 锌-铜电池（Daniell Cell电池 （盐桥：KCl （或 铜电池 电池 盐桥：
Na2SO4）等+ 琼胶，维持电路畅通） 琼胶，维持电路畅通）
电极反应： 电极反应： Zn极（负极, Cathode）: 极 ）
Zn(s ) = Zn 2+ + 2e
Cu极（正极, Anode）: 极 正极 ）
早在1839年，英国人W.Grove就提出了氢和 年 英国人 早在 就提出了氢和 氧反应可以发电的原理，这就是最早的氢-氧 氧反应可以发电的原理，这就是最早的氢 氧 燃料电池(FC)。但直到 世纪 年代初，由 世纪60年代初 燃料电池 。但直到20世纪 年代初， 于航天和国防的需要， 于航天和国防的需要，才开发了液氢和液氧 的小型燃料电池，应用于空间飞行和潜水艇。 的小型燃料电池，应用于空间飞行和潜水艇。 近二三十年来，由于一次能源的匮乏和环境 近二三十年来，由于一次能源的匮乏和环境 保护的突出， 保护的突出，要求开发利用新的清洁再生能 燃料电池由于具有能量转换效率高、 源。燃料电池由于具有能量转换效率高、对 环境污染小等优点而受到世界各国的普遍重 视。
11.2 原电池的电动势与电极电位 势) 原电池的电动势与电极电位(势
一、原电池、电解池与电化学 原电池、 （一）原电池： 原电池： 氧化还原反应是 电子转移 的 氧化还原反应 是 电子转移的 反应。 反应。 同一溶液内的氧化还原反应 同一溶液内 的氧化还原反应 过程， 电子转移时 无定向运动， 转移时无定向运动 过程 ， 电子 转移时 无定向运动 ， 不产生电流， 右图) 不产生电流，只放热 (右图):
融熔NaCl电解池（左）和实验装置（右） 电解池（ 和实验装置（ 例2 融熔 电解池
阳极：2 Cl-(l) → Cl2(g) + 2 e 阴极：2 Na+(l) + 2 e → 2 Na(l) (氧化反应） 氧化反应） 氧化反应 (还原反应） 还原反应 还原反应）
例3. 铅蓄电池
作原电池）： 放电反应 （作原电池）： 负极： 负极：Pb(s) + HSO4- (aq) → PbSO4(s) + H+(aq) + 2e 正极： 正极： PbO2(s) + HSO4- (aq) + 3 H+(aq) + 2e → PbSO4(s) + 2 H2O(l) 放电总反应： 放电总反应： Pb(s) + PbO2(s) + 2 HSO4- (aq) + 2 H+(aq) → 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l) 充电总反应（作电解池） 充电总反应（作电解池） ： 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l) → Pb(s) + PbO2(s) + 2 HSO4- (aq) + 2 H+(aq)
例4. 氢氧燃料电池
将燃烧过程中放出的化学能转化为电能 的装置叫燃料电池。 的装置叫燃料电池。 燃料电池
例氢燃料电池：基本反应： 例氢燃料电池：基本反应： H2（g）+ 1/2O2（g）→H2O（l）∆H = 286KJmol-1 用多孔膜将电池分为三部：中间装 75%KOH，左侧通H2，右侧通O2， 扩散到KOH溶液中发生反应： （+）极： 1/2O2（g）+ H2O（l）+2e- = 2OH（-）极： H2（g）+2OH- =2 H2O（l）+2e总反应： 总反应：H2（g）+ 1/2O2（g）= H2O（l） ） ） （） 优点：不经过热能的中间形式， 优点：不经过热能的中间形式，直 接将化学能→电能 利用率高， 电能， 接将化学能 电能，利用率高，减 少环境污染。 少环境污染。
原电池符号
铜电池（ 电池） 锌-铜电池（Daniell Cell电池） 铜电池 电池
(-) Zn(s) | ZnSO4 (1 mol/dm3) | | CuSO4 (1 mol/dm3) | Cu(s) (+) 相界 浓度或活度 盐桥 简化为 不严格） 可简化为（不严格）: (-) Zn(s) | ZnSO4 | | CuSO4 | Cu(s) (+) 放电总反应：Zn (s) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu (s) 放电总反应
Zn + CuSO 4 (aq ) = ZnSO 4 (aq ) + Cu ↓
（一）原电池 （续）
选择适当的电极， 若 选择适当的电极 ， 组装为“原电池” 组装为 “ 原电池 ” ， 使转移的电子定向运 使转移的电子定向运 产生电流。 动→产生电流。 产生电流 原电池： 原电池： 化学能→电能 电能的装 是 化学能 电能的装 置。 右 图 ： Daniell 电 池 来自百度文库锌-铜原电池 铜原电池) 锌 铜原电池
例4. 镍镉碱性充电电池
锌锰干电池 干电池放电反应 例3. 原电池 锌锰干电池放电反应
负极（氧化反应）： 负极（氧化反应）： 反应 Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e 正极（还原反应 反应）： 正极（还原反应）： MnO2(s) + H+(aq) + e → MnO(OH)(s) 2 MnO(OH)(s) → Mn2O3(s) + H2O(l) 合并， 总的放电反应 放电反应： 合并，得总的放电反应： Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 H+(aq) → Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + H2O(l)
诺基亚试产百部燃料电池耳机
左起依次为耳机、 左起依次为耳机、燃料电池
锂电池
2005年12月,日本生产出锂电池驱动汽车 年 月 日本生产出锂电池驱动汽车 日本生产出锂电池驱动汽车, 最高时速超过300 km/h. 最高时速超过 手机. 手机.
例5. 锌汞纽扣电池
作原电池）： 放电反应 （作原电池）： 负极： 氧化反应 氧化反应) 负极：(氧化反应 Zn(s) + 2 OH- (aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2 e 正极： 还原反应 还原反应) 正极： (还原反应 HgO(s) + H2O(l) + 2 e → Hg(l) + 2 OH- (aq) 放电总反应： 放电总反应： Zn(s) + HgO(s) → ZnO(s) + Hg(l)
美国矿物能源部长助理克 西格尔说 美国矿物能源部长助理克.西格尔说：“燃料电池 助理克 西格尔说： 技术在21世纪上半叶在技术上的冲击影响 世纪上半叶在技术上的冲击影响， 技术在 世纪上半叶在技术上的冲击影响，会类 似于20世纪上半叶内燃机所起的作用 世纪上半叶内燃机所起的作用。 似于 世纪上半叶内燃机所起的作用。”福特汽 车公司主管PNGV经理鲍伯 默尔称，燃料电池必 经理鲍伯.默尔称 车公司主管 经理鲍伯 默尔称， 会给汽车动力带来一场革命， 会给汽车动力带来一场革命，燃料电池是唯一同 时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有 时兼备无污染、高效率、适用广、 连续工作和积木化的动力装置。 连续工作和积木化的动力装置。预期燃料电池会 在国防和民用的电力、汽车、 在国防和民用的电力、汽车、通信等多领域发挥 重要作用。美国Arthur D.Little公司最新估计， 公司最新估计， 重要作用。美国 公司最新估计 2000年燃料电池在能源系统市场将提供 500～2 年燃料电池在能源系统市场将提供1 年燃料电池在能源系统市场将提供 ～ 000MW动力，价值超过 亿美元，车辆市场将超 动力， 亿美元， 动力 价值超过30亿美元 亿美元； 过20亿美元；2007年燃料电池在运输方面的商业 亿美元 年燃料电池在运输方面的商业 价值将达到90亿美元 亿美元。 价值将达到 亿美元。
2002.12月2 月 日，日本首 相小泉纯一 郎在东京首 相官邸前乘 坐本田公司 的FCX型燃 型燃 料电池动力 汽车时向人 们挥手。 们挥手。
笔记本燃料电池
年的早些时候， 在2003年的早些时候，东芝已经发布了世 年的早些时候 界上第一块笔记本电脑燃料电池及燃料管。 界上第一块笔记本电脑燃料电池及燃料管。这 种燃料电池的横截面为275×75毫米，重900 毫米， 种燃料电池的横截面为 × 毫米 而仅重72克的燃料管可以容纳 克的燃料管可以容纳50立方厘米 克。而仅重72克的燃料管可以容纳50立方厘米 高浓度甲醇。 高浓度甲醇。如果用这个电池系统为普通的 PDA供电，那么一枚燃料管中盛载的溶液可以 供电， 供电 坚持发电20小时 除此之外， 小时。 坚持发电 小时。除此之外，日本移动电话运 营巨头NTT DoCoMo在2003年6月5日宣布， 日宣布， 营巨头 在 年 月 日宣布 其将会在最近两年内推出一种使用燃料电池的 手机，并且预言“如果一切顺利， 手机，并且预言“如果一切顺利，2004年就将 年就将 上市第一款燃料电池手机” 上市第一款燃料电池手机”。
给出总反应方程式，要能够设计为原电池， 给出总反应方程式，要能够设计为原电池，写出 总反应方程式 设计 电池符号和半反应 电极反应)方程式 和半反应(电极反应 方程式。 电池符号和半反应 电极反应 方程式。
例2. 原电池 氢铁电池
(－) (Pt), H2(1 p θ)H+ (1 mol·dm-3) － Fe3+(1 mol·dm-3) , Fe2+ (1 mol·dm-3) Pt (+) 负极：氧化半反应 H2 = 2H+ + 2e 负极： 正极：还原半反应 正极：还原半反应 Fe3+ + e = Fe2+ 放电总反应： 放电总反应： 总反应 H2 + 2 Fe3+ = 2 H+ + 2 Fe2+
最新一代燃料电池
日本移动运营商NTT DoCoMo宣布，该 公司研发出了一种使用微型燃料电池 供电的3G手机充电器原型。这种燃料 电池通过合成氢和无害的甲醇来产生 化学反应，以此为手机充电提供充足 的能量。这款微型燃料电池重190克， 可以产生近3.8瓦特的能量。别看它 个头这么小，可却有惊人的耐力，在 普通室温的条件下它的供电时间大大 超出锂电池的寿命。不过燃料电池也 有其自身的不足，它的每一个电池 (一个甲醇燃料管)只能提供一次性的 供电。也就是说我们不能为燃料电池 进行像锂电、镍氢电池一样的充电操 作。因此，当我们出远门时就得随身 带着多个燃料电池了。
（二）电解池
是使用直流电促使非自发的氧化还原反应 使用直流电促使非自发的氧化还原反应 直流电促使非自发 发生的装置， 电能→化学能 装置。 化学能的 发生的装置，即电能 化学能的装置。
水溶液电解池 氧化反应 例1 NaCl水溶液电解池 阳极：Cl-(aq) → Cl2(g) + 2 e (氧化反应） 水溶液 氧化反应） 还原反应 阴极：2 H+(aq) + 2 e → H2(g) (还原反应） 还原反应）
给出电池符号，要能够写出半反应 给出电池符号，要能够写出半反应 电池符号 (电极反应 和放电总反应方程式。 电极反应)和 总反应方程式。 电极反应 放电总反应方程式
锌锰干电池结构 例3. 原电池 锌锰干电池结构
NH4Cl, ZnCl2和MnO2 浆状物 正极： 带铜帽） 正极：石墨 （带铜帽） 负极：锌（外壳） 负极： 外壳）