原电池的工作原理

原电池的工作原理
1．将化学能转变成电能的装置叫做原电池，它的原理是将氧化还原反映中还原剂失去的电子通过导线传给氧化剂，使氧化还原反映别离在两极上进行。

2．原电池的形成条件：（如以下图所示）
（1）活泼性不同的电极材料（2）电解质溶液
（3）组成闭合电路（用导线连接或直接接触）（4）自发进行的氧化还原反映
专门提示：组成原电池的四个条件是彼此联系的，电极不必然参加反映，电极材料不必然都是金属，但应为导体，电解质溶液应合理的选取。

3．判定原电池正负极经常使用的方式
负极：一样为较活泼金属，发生氧化反映；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：一样为较不活泼金属，能导电的非金属；发生还原反映；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．原电池电极反映式书写技术
（1）依照给出的化学方程式或题意，确信原电池的正、负极，弄清正、负极上发生反映的具体物质
（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，写电极反映式时，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，一样用“=”而不用“→”
（3）注意电解质溶液对正、负极反映产物的阻碍，正、负极产物可依照题意或化学方程式加以确信
（4）正负电极反映式相加取得原电池的总反映式，通经常使用总反映式减去较易写的电极反映式，从而取得较难写的电极反映式。

5.原电池原理的应用
（1）设计原电池（这是近几年高考的命题热点）
（2）加速了化学反映速度：形成原电池后，氧化还原反映别离在两极进行，使反映速度增大，例如：实验室用粗锌与稀硫酸反映制取氢气；在锌与稀硫酸反映时加入少量的CuSO4溶液，能使产生H2的速度加速（3）进行金属活动性强弱的比较
（4）电化学爱惜法：即金属作为原电池的正极而受到爱惜，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）
①结构：锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。

②电极反映负极：Zn-2e-=Zn2+正极：2NH4++2e-=2NH3+H2
（2）铅蓄电池（属于二次电池、可充电电池）
①结构：铅板、填满PbO2的铅板、稀H2SO4。

②A.放电反映负极：Pb-2e-+ SO42- = PbSO4正极：PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2O
B.充电反映阴极：PbSO4 +2e-= Pb+ SO42-阳极：PbSO4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42-
总式：Pb + PbO 2 + 2H2SO4放电
===
2PbSO4 + 2H2O
充电
（3）锂电池
①结构：锂、石墨、固态碘作电解质。

②电极反映负极：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。

电极反映：铝是负极4Al-12e-== 4Al3+；石墨是正极3O2+6H2O+12e-==12OH-
2. 燃料电池正极反映式的书写
因为燃料电池，正极都是氧化剂氧气取得电子的还原反映，现将与电解质有关的五种情形归纳如下。

⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）正极反映式为O2＋4H++4e-=2H2O。

⑵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）
正极反映式为O2＋2H2O+4e-=4OH-。

⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物）
在熔融的碳酸盐环境中，正极反映式为O2＋2CO2+4e-=2CO32-。

⑷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许诺O2-离子在其间通过，故其正极反映式应为O2＋4e-=2O2-。

综上所述，在书写正极反映式时，要专门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映式的书写
（1）氢氧燃料电池
氢氧燃料电池一样是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，总反映为：2H2+ O2=== 2H2O 电极反映专门要注意电解质，有以下三种情形：
a. 电解质是KOH溶液（碱性电解质）
负极：H2–2e-+ 2OH—=== 2H2O 正极：O2+ H2O + 4e-=== OH—
b. 电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）
负极：H2–2e-=== 2H+正极：O2+ 4H++ 4e-=== 2H2O
c. 电解质是NaCl溶液（中性电解质）
负极：H2–2e-=== 2H+(氧化反映) 正极：O2+ H2O + 4e-=== 4OH—
说明:一、碱性溶液反映物、生成物中均无H+ 二、.水溶液中不能显现O2-
3、中性溶液反映物中无H+ 和OH-—
4、酸性溶液反映物、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：3O2 + 12e-+ 6H20=== 12OH-
负极：2CH3OH –12e- + 16OH—=== 2CO32-+12H2O
总反映方程式2CH3OH + 3O2 + 4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O
b. 酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）
正极：3O2 + 12e-- + 12H+ == 6H2O （注：乙醇燃料电池与甲醇
负极：2CH3OH –12e- +2H2O==12H++2CO2 燃料电池原理大体相同）
总反映式2CH3OH + 3O2 === 2CO2 + 4H2O
（3）CO燃料电池（总反映方程式均为：2CO ＋O2 ＝2CO2）
a. 熔融盐（铂为两极、Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质，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：2CO＋2CO32-–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
总反映方程式N2H4+ O2=== N2+ 2H2O
(5) 甲烷燃料电池
a．碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）
正极：2O2+ 2H2O + 8e- == 8 OH—负极：CH4+ 10OH—-- 8e-== CO32-+ 7H2O
总反映方程式CH4+ 2KOH+ 2O2=== K2CO3+ 3H2O
b. 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
总反映方程式CH4+ 2O2=== CO2+ 2H2O
(6)丙烷燃料电池（铂为两极、正极通入O2和CO2、负极通入丙烷、电解液有三种）
a. 电解质是熔融碳酸盐（K2CO3或Na2CO3）总反映方程式C3H8 + 5O2 ===3CO2 +4H2O
正极：5O2 + 20e- + 10CO2 == 10CO32-负极：C3H8 -- 20e-+ 10CO32- == 3CO2 + 4H2O
b. 酸性电解质（电解液H2SO4溶液）总反映方程式C3H8 + 5O2 === 3CO2 + 4H2O
正极：5O2 + 20e- + 26H+ == 10H2O 负极：C3H8 -- 20e-+ 6H2O == 3CO2+20 H+
c. 碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）
正极：5O2+ 20e- + 10H2O == 20OH—负极：C3H8 -- 20e-+ 26 OH— == 3CO32-+ 17H2O 总反映方程式C3H8 + 5O2 +6KOH === 3K2CO3 + 7H2O
（7）乙烷燃料电池（铂为两极、电解液KOH溶液）
正极：7O2+ 28e- + 14H2O == 28OH—负极：2C2H6 -- 28e-+ 36 OH—== 4CO32-+ 24H2O 总反映方程式2C2H6 + 7O2 + 8KOH === 4K2CO3 + 10H2O
七、电解原理及规律
⒈电极的判定与电极上的反映。

（1）阳极：与电源正极相连的电极，是发生氧化反映；假设惰性材料（石墨、Pt、Au ）作阳极，失电子的是溶液中的阴离子；假设为活性金属电极（Pt、Au除外），失电子的是电极本身，表现为金属溶解。

（2）阴极：是与电源负极相连的电极，电极本身不参与反映；溶液中的阳离子在阴极上得电子，发生还原反映。

⒉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取得，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。

⒊离子的放电顺序：要紧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，电镀时通过操纵条件（如离子浓度等），Fe2+和Zn2+可先于H+放电。

（2）阳极（失电子能力）：假设阳极材料为活性电极（Pt、Au 除外），那么电极本身失去电子，而溶液中的阴离子不参与电极反映；假设阳极材料为惰性电极，那么有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、电镀池的判定
（1）假设无外接电源，可能是原电池，然后依照原电池的形成条件判定
（2）假设有外接电源，两极插入电解质溶液中，那么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，那么为电镀池
（3）假设无明显外接电源的串联电路，那么应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反映的装置为原电池。

（4）可充电电池的判定：放电时相当于原电池，负极发生氧化反映，正极发生还原反映；充电时相当于电解池，放电时的正极变成电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变成阴极，与外电源负极相连。