原电池专题讲析

↑ ↑ 原电池专题讲析
考点释要
1、理解原电池工作原理，掌握原电池的构成条件、电极的名称和确立、电极反应式的书写
2、了解化学电源新型电池
3、了解金属的电化腐蚀与防护措施
一、相关知识点：
1．将较活泼的金属插入电解质溶液（包括水）中，此块金属的上半部相对电解质溶液（或水）而言都会相对产生电位，且是相对电位偏低。

如该金属越活泼，则其相对电位越低。

2．产生电位的原因有两种，一种由电极本身所引起，另一种由充入的物质在电极附近的溶液所引起（如燃料电池）。

3．电子总是由电位低处向电位高处移动。

4．所谓正极或负极指的是电极电位的相对高或低。

5．电流有二种形式：⑴物理电流：依靠电子的定向移动
⑵化学电流：依靠阴阳离子的定向移动
二、原电池的概念和实质
1．概念
把化学能转化为电能的装置叫～。

2．实质 将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动[需要电位差] 化学能
电能
三、原电池的装置和工作原理
1．普通Zn —Cu 原电池（没有盐桥）
⑴工作原理
电极反应式：（—）Z n －2e －＝
Z n 2+(氧化反应)
（＋）2H +＋2e －＝H 2↑（还原反应）
总反应：Z n ＋2H +＝Z n 2+＋H 2↑
外电路：依靠电子的定向移动，电子从Zn 上半部→导线→→导线→Cu 上半部 内电路：依靠阴阳离子的定向移动，阴阳离子从Zn 的下半部→电解质溶液→Cu 的下半部
⑵缺点：用它作电源，不仅效率低，而且时间稍长电流就会衰减，因此不适合实际应用。

造成的主要原因有：①Cu 极上很快聚集了许多气泡，把Cu 极与稀H 2SO 4逐渐隔开，增加了电池的内阻，使电流不能畅通（极化作用）；②Zn 可直接与CuSO 4溶液反应放出热量而减少电能。

2．原电池装置的改进（由二个半电池组成，也叫盐桥原电池）
稀H 2SO 4
⑴盐桥组成
盐桥中装有饱和KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出。

⑵盐桥的作用
①沟通内电路，使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。

②平衡电荷，使电子能顺利地从Zn片流向Cu片（具体见课本72页第二段）。

⑶装置的特点
①由两个半电池组成，氧化反应和还原反应分开，在不同区域进行（氧化剂和还原剂不直接接触，依靠电位差，迫使它们得失电子）。

②两个半电池之间分别通过导线和盐桥连接以构成闭合回路。

③电极与电解质溶液可以不直接反应。

⑷电池的表示方法：Zn ZnSO4CuSO4 Cu
⑸工作原理和实验装置
电极反应式：（—）Z n－2e－＝Z n2+(氧化反应)
（＋）2H+＋2e－＝H2↑（还原反应）
总反应：Z n＋2H+＝Z n2+＋H2↑
3．原电池反应——可以构成原电池，且是自发的氧化还原反应
四、原电池输出电能的能力，主要取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。

五、构成原电池的条件
⑴两种活泼性不同的金属或金属与非金属导体作电极（但燃料电池除外）
⑵两个电极均应插入电解质溶液中（但酒精、苯及CCl4不行，因为它们是非电解质）
⑶两个电极用导线相连或直接接触构成闭合回路
指出：①上述第⑴、⑵二点的目的是为了形成电位差
②有的电解质本身可直接参加反应；有的电解质虽本身不直接参加反应，但在正极附
近可发生吸氧腐蚀的电极反应，这时电解质只起着导电的作用（加速反应）。

六、电极的名称和确定
1．名称：只叫正、负极
2．确定
⑴根据外电路中电子或电流的流向：电子流出或电流流入的一极为负极，电子流入或电流流出的一极为正极。

即电子从负极→正极；电流从正极→负极。

⑵根据电极材料：较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属导体作正极（燃料电池除外）。

⑶根据内电路中阴、阳离子的移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。

⑷根据化学方程式放电方向的升降价：升价（失电子）作负极，降价（得电子）作正极。

⑸根据电流计指针的偏转方向：偏向哪一边，则哪一边为正极。

七、电板反应式的书写
1．根据电极材料和电解质溶液
⑴较活泼的金属材料作负极失去电子（燃料电池除外）。

⑵电解质溶液中氧化性较强的阳离子在正极得电子（此种阳离子需和负极材料金属能发生反应），若无此种阳离子，则需考虑吸氧腐蚀的电极反应：2H 2O ＋O 2＋4e －＝4OH －
2．根据电池反应方程式（总方程式放电方向）和电解质溶液
⑴升价（失电子）作负极，降价（得电子）作正极。

⑵根据电池反应方程式（总方程式放电方向）中化合价升降数确定该电极反应中得、失电子数，然后结合有关电解质溶液．．．．．，利用电荷守恒原理．．．．．．
，确定该电极反应的生成物和反应物，最后根据元素守恒原理．．．．．．
，配平其它物质。

(已发表在《 》2010年11月)
八、原电池的应用
1．加快氧化还原反应的速率
如实验室制H 2用粗锌比用纯Zn 更好（有时还加入少量的CuSO 4）。

原因：Zn —H 2SO 4—杂质或Zn —H 2SO 4—Cu 构成了无数个微小的原电池，加快了H 2的反应速率（存在电位差，迫使氧化剂和还原剂得失电子），使得失电子的速率加快，反应速率也加快。

2．比较金属活动性强弱
将A 、B 二块金属用导线连接后平行地插入盛有H 2SO 4的烧杯中，若观察到A 极溶解（即负极）、B 极上产生较多气泡（即正极），则说明金属活动性A ＞B 。

3．设计各种化学电池（具体见例题）
4．揭示钢铁腐蚀的原理及金属的防护
⑴钢铁的腐蚀——钢铁与电解质溶液接触时发生原电池反应而引起损耗的现象
钢铁的成份中主要含铁、也含少量的碳，钢铁的腐蚀存在如下两种情况：
①析氢腐蚀——钢铁表面的水膜中溶有大气中的
CO 2、SO 2、H 2S 等气体，呈较强酸性 铁作负极：Fe －2e -＝Fe 2+(氧化反应)
碳作正极：2H +＋2e -＝H 2↑（还原反应）
总反应：Fe ＋2H +＝Fe 2+＋H 2↑
②吸氧腐蚀——钢铁表面的水膜中溶有O 2，呈中性或碱性或弱酸性
铁作负极：Fe －2e －＝Fe 2+（氧化反应） 碳作正极：2H 2O ＋O 2＋4e －＝4OH －（还原反应）
总反应：2Fe ＋O 2＋2H 2O ＝2Fe(OH)2
生成的Fe(OH)2继续与潮湿空气中的水和氧气反应生成Fe(OH)3。

海水
FeCl 3溶液
Cu(NO 3)2溶液 NaCl 溶液 Pt
FeCl 3溶液 ZnSO 4溶液
4Fe(OH)2＋O 2＋H 2O ＝4Fe(OH)3(放大量热) 2Fe(OH)3 Fe
2O 3·
xH
2O ＋(3－x)H 2O 这就是铁锈的形成过程，铁锈是Fe(OH)3和Fe 2O 3·xH 2O 组成的混合物。

指出：钢铁腐蚀时，析氢腐蚀和吸氧腐蚀往往同时发生，但主要是发生吸氧腐蚀（若水膜中含有NaCl ，则可加速反应，NaCl 起导电作用）。

附：1、电极反应也叫半反应，它只是反应的一种趋势，反应非常微弱，现象几乎看不出来，平常可忽略不计，但只要遇到另一个半反应，整个反应才真正发生，反应现象就很明显。

推广：只要在水溶液中，且又溶有氧气，必有（＋）：2H 2O ＋O 2＋4e －＝4OH －存在（平常表现不明显），这是氧气在水溶液中具有氧化性的一种量化关系，也说明氧气在水溶液中有较强的得电子能力，即表现为较强的氧化性。

附：2、一般地，负极材料本身失电子参加反应（燃料电池除外），而正极材料一般本身不得电子不参加反应，正极得电子的反应要考虑溶液中得电子能力较强（即氧化性较强）的阳离子（此种阳离子需和负极材料金属能发生反应），如无这种阳离子，就要考虑吸氧腐蚀的电极反应2H 2O ＋O 2＋4e －＝4OH －，正极材料只要是比负极材料更不活泼的金属或非金属导体即可。

⑵金属的防护——防止金属腐蚀过程和方法
改变金属的内部结构（制成合金如不锈钢）
在金属表面覆盖保护层（喷漆、电镀）
牺牲阳极的阴极保护法—被保护的金属连接一种更活泼的金属
外加电流的阴极保护法—被保护的金属作阴极，接电源负极 例：下图各容器中均盛有海水，则铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序为 。

△ 电化学保护法
A ．
B ．
C ．
D ．。