电化学基础知识

电化学基础知识整理

1.原电池

原电池是将化学能转化为电能的装置

原电池原理

①、原电池：将化学能转变成电能的装置

②、形成条件：①活动性不同的两电极连接；②电解质溶液插入其中并与电极自发反应；③电极形成闭合电路④能自发的发生氧化还原反应

③、电极名称：

负极：较活泼的金属电子流出的一极

正极：较不活泼的金属或能导电的非金属电子流入的一极

④、电极反应：

负极：氧化反应,金属失电子

正极：还原反应,溶液中的阴离子得电子或氧气得电子吸氧腐蚀

⑤、电子流向：由负极沿导线流向正极

锌-铜电池,负极-Zn,正极-Cu;

负极：Zn-2e=Zn2+,电解质溶液——稀硫酸;

正极：2H++2e=H2↑

总反应：2H++Zn=H2↑+Zn2+

注意：如果在铜锌的导线中加一个电流计,电流计指针会发生偏转;随时间的延续,电流计指针的偏转角度逐渐减小;

盐桥的作用：盐桥起到了使整个装置构成通路的作用

例如:铜锌原电池中用到了盐桥

现象:

⑴、检流计指针偏转,说明有电流通过;从检流计指针偏转的方向可以知道电

流的方向是Cu极→Zn极;根据电流是从正极流向负极,因此,Zn极为负极,Cu

极为正极;而电子流动的方向却相反,从Zn极→Cu极;电子流出的一极为负极,

发生氧化反应；电子流入的一极为正极,发生还原反应;

一般说来,由两种金属所构成的原电池中,较活泼的金属是负极,较不活泼的

金属是正极;其原理正是置换反应,负极金属逐渐溶解为离子进入溶液;反应一段时间后,称重表明,Zn棒减轻,Cu棒增重;

⑵、取出盐桥,检流计指针归零,重新放入盐桥,指针又发生偏转,说明盐桥起到了使整个装置构成通路的作用;盐桥是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管,溶液不致流出来,但离子则可以在其中自由移动;

盐桥是怎样构成原电池中的电池通路呢Zn棒失去电子成为Zn2+进入溶液中,使ZnSO4溶液中Zn2+过多,带正电荷;Cu2+获得电子沉积为Cu,溶液中Cu2+过少,SO42-过多,溶液带负电荷;当溶液不能保持电中性,将阻止放电作用的继续进行;盐桥的存在,其中Cl-向ZnSO4 溶液迁移,K+向CuSO4溶液迁移,分别中和过剩的电荷,使溶在两个烧杯中分别放入锌片和锌盐溶液、铜片和铜盐溶液,将两个烧杯中的溶液用一个装满电解质溶液的盐桥如充满KCl饱和溶液和琼脂制成的胶冻连接起来,再用导线将锌片和铜片联接,并在导线中串联一个电流表,就可以观察到下面的现象：

1电流表指针发生偏转,根据指针偏转方向,可以判断出锌片为负极、铜片为正极.

2铜片上有铜析出,锌片则被溶解.

3取出盐桥,指针回到零点,说明盐桥起了沟通电路的作用.

2.化学电源

化学电源又称电池,是一种能将化学能直接转变成电能的装置,它通过化学反应,消耗某种化学物质,输出电能;它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类;

判断一种电池的优劣或是否符合某种需要,主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少比能量,单位是W·h/kg, W·h/L,或者输出功率的大小比功率,W/kg,W/L以及电池的可储存时间的长短;除特殊情况外,质量轻、体积小而输出点能多、功率大、可储存时间长的电池,更适合使用者的需要;

一一次电池

一次电池的活性物质发生氧化还原反应的物质消耗到一定程度,就不能使用了;一次电池中电解质溶液制成胶状,不流动,也叫干电池;常用的有普通的锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等;

例如；碱性锌锰干电池

负极：Zn ＋2OH——2e—＝ZnOH2

正极：2MnO2＋2H2O ＋2e—＝2MnOOH ＋2OH—

总反应：Zn ＋2MnO2＋2H2O＝2MnOOH ＋ZnOH2

补充：

银一锌电池

电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的,它们所用的电池体积很小,有“纽扣”电池之称;它们的电极材料是Ag2O和Zn,所以叫银一锌电池;电极反应和电池反应是：

负极：Zn＋2OH－—2e—＝ZnOH2

正极：Ag2O＋H2O＋2e—＝2Ag＋2OH－

总反应：Zn＋Ag2O＋H2O＝ZnOH2＋2Ag

利用上述化学反应也可以制作大电流的电池,它具有质量轻、体积小等优点;这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面;

锂－二氧化锰非水电解质电池

以锂为负极的非水电解质电池有几十种,其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池,这种电池以片状金属及为负极,电解活性MnO2作正极,高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液,以聚丙烯为隔膜,电极反应为：

负极反应：Li＝Li＋＋e

正极反应：MnO2＋Li＋＋e＝LiMnO2

总反应：Li＋MnO2＝LiMnO2

该种电池的电动势为,重量轻、体积小、电压高、比能量大,充电1000次后仍能维持其能力的90％,贮存性能好,已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等;

二二次电池

二次电池又称充电电池或蓄电池,放电后可以再充电使活性物质获得再生;这类电池可以多次重复使用;铅蓄电池是最常见的二次电池,它由两组栅状极板交替排列而成,正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb,电介质是H2SO4.

铅蓄电池放电的电极反应如下：

负极：Pbs＋SO42－aq－2e－＝PbSO4s氧化反应

正极：PbO2s＋SO42－aq十4H＋aq＋2e－＝PbSO4s＋2H2O l还原反应

总反应：Pbs＋PbO2s＋2H2SO4aq＝2PbSO4s十2H2O l

铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：

阴极：PbSO4s＋2e－＝Pbs＋SO42－aq还原反应

阳极：PbSO4s＋2H2O l －2e－＝PbO2s＋SO42－aq十4H＋aq氧化反应

总反应：2PbSO4s十2H2O l ＝Pbs＋PbO2s＋2H2SO4aq

可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：

Pbs＋PbO2s＋2H2SO4aq 2PbSO4s十2H2O l

三燃料电池

燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池;燃料电池的电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件;它工作时,燃料和氧化剂连续的由外部供给,在电极上不断的进行反应,生成物不断地被排除,于是电池就连续不断的提供电能;

⑴氢氧燃料电池以氢气为燃料,氧气为氧化剂,铂做电极,使用酸性电解质;它的的工作原理：

负极：2H2 －4e－＝4H＋

正极：O2十4H＋aq＋4e－＝2H2O

总反应：2H2十O2＝2H2O

⑵以碱性氢氧燃料电池为例,它的燃料极常用多孔性金属镍,用它来吸附氢气;空气极常用多孔性金属银,用它吸附空气;电解质则由浸有KOH溶液的多孔性塑料制成,其电极反应为：

负极反应：2H2＋4OH－＝4H2O＋4e －

正极反应：O2＋2H2O＋4e －＝4OH－

总反应：2H2＋O2＝2H2O

除氢气以外,烃、肼、甲醇、氨等液体或气体,均可作燃料电池的燃料；除纯氧外,空气中的氧气也可以做氧化剂;

3甲烷燃料电池KOH做电解质

用金属铂片插入KOH溶液作电极,又在两极上分别通甲烷燃料和氧气氧化剂;电极反应式为：负极：CH4＋10OH－－8e＝CO32-＋7H2O；

正极：4H2O＋2O2＋8e＝8OH;

电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O

知识拓展：海洋电池

1991年,我国首创以铝－空气－海水为能源的新型电池,称之为海洋电池;它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源;海洋电池彻底改变了以往海上航标灯两种供电方式：一是一次性电池,如锌锰电池、锌银电池、锌空气电池等;这些电池体积大,电能低,价格高;二是先充电后给电的二次性电源,如铅蓄电池,镍镉电池等;这种电池要定期充电,工作量大,费用高;

海洋电池,是以铝合金为电池负极,金属Pt、Fe网为正极,用取之不尽的海水为电解质溶液,它靠海水中的溶解氧与铝反应产生电能的;我们知道,海水中只含有%的溶解氧,为获得这部分氧,科学家把正