原电池知识框架-.知识讲解

原电池

原理：两极分别发生氧化、还原反应，产生电流装置特点：化学能转化为电能电解质溶液原电池形成条件两个电极形成闭合回路自发进行氧化还原反应正负极的判断电极反应方程式及电池总反应方程式一次电池：普通锌锰电池，碱性锌锰电池，银锌电池二次电池：铅蓄电池，镍镉电池，银锌电池燃料电池：氢氧燃料电池，甲醇燃料电池，甲烷燃料电池

原电池与化学电源化学电源电极反应分类自检自查必考点

一、原电池基本概念：

（1）概念：原电池就是将化学能转变成电能的装置。

（2）本质：通过自发进行的氧化还原反应，使反应中电子转移而产生电流，反应中的氧化反应和还原

反应分别在两个电极上发生，这便形成了带电粒子按一定方向流动的闭合回路。

（3）形成条件：

①活动性不同的两电极（连接）：较活泼的金属作为负极，发生氧化反应，电子流出；较不活泼 的金属或能导电的非金属(如石墨等)做正极，发生还原反应，电子流入，电极本身不发生改变；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（有明显电流时需要此条件） （4）外电路：

①电流的流向是从正极流向负极。 ②电子的流向是从负极流向正极。 （5）内电路：

①电解质溶液中的阳离子向正极移动，因为：正极是电子流入的电极，正极聚集了大量的电子，而电子带负电，吸引阳离子向正极移动。

②电解质溶液中的阴离子向负极移动，因为：负极溶解失去电子变成阳离子，阳离子大量聚集在负极，吸引阴离子向负极移动。

二、工作原理

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我们已所学过的原电池，是为了便于说明原电池化学原理的一种最简单的装置。如果用它作电源，不但效率低，而且时间稍长，电流就不断减弱，因此不适合于实际应用。这是什么原因呢？主要是由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。为了避免发生这种现象，我们来设计一种更为科学的原电池装置。

【设计实验】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计，观察现象。

定义：盐桥中装有饱和的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。盐桥可使由它连接的两溶液保持电中性。

【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。

发生上述现象的原因是由于锌比铜活泼，容易失去电子变成Zn2进入溶液，电子通过导线流向铜片，

＋

硫酸铜溶液中的Cu2从铜片上获得电子变成铜原子沉积在铜片上。由于电子从锌片流到铜片，所以锌片上

＋

发生氧化反应，铜片上发生还原反应。

原电池工作原理:

锌片（－）：Zn-2e-＝Zn2 氧化反应；

＋

铜片（＋）：Cu2＋2e-＝Cu 还原反应

＋

总反应式：Cu2＋Zn＝Cu＋Zn2

＋

＋

从分析铜--锌原电池的组成可以看出，原电池是由两个半电池组成的。锌和锌盐溶液组成一个半电池，铜和铜盐溶液组成另一个半电池。中间通过盐桥连接起来。组成半电池的导体叫电极，失去电子的电极为负极，得到电子的电极为正极。不参加电极反应的电极叫惰性电极，如铜电极。

三、设计原电池

1、基本方法：从理论上讲，可自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池，还原剂在负极上发生氧化反

应，失去的电子通过导线转移到正极上，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应，从而形成闭合回路，外电路中则有电流产生。

2、电解质溶液的选择

电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。若为两个半反应则：两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子的盐溶液。 3、电极材料的选择

四、化学电源

化学电源的分类：一次电池、二次电池和燃料电池等。 (一) 一次电池

1.普通锌锰干电池，在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔

膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液；电池顶端用蜡和火漆封口。在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl 和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂，吸收正极放出的H2 ，防止产生极化现象，即作去极剂，淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速率。 负极（锌筒）：Zn +2OH-2e—= Zn(OH)2；

－

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正极（石墨）：2NH4++2e- =2NH3↑+ H2↑

2.碱性锌锰干电池：

负极（锌筒）：Zn +2OH-2e- = Zn(OH)2；

－

正极（石墨）： 2MnO2+2H2O+2e= 2MnOOH+2OH 电池的总反应式为：Zn +2MnO2+2H2O= 2MnOOH+ Zn(OH)2 3.银锌电池：

负极：Zn+2OH—-2e-=ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-

银锌电池充电和放电的总化学方程式为：

Zn+Ag2O

放电充电－－

2Ag+ ZnO

银锌电池是一种高能电池，它质量轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。目前，有一种类似干电池的充电电池，它实际是一种银锌蓄电池，电解液为KOH溶液。 4.锂电池

8Li＋3SO2Cl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S

锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其它金属作负极相比较，能在较小的体积和质量下能放出较多的电能，放电时电压十分稳定，贮存时间长。锂电池是一种高能电池，它具有质量轻、电压高、工作效率高和贮存寿命长的优点，因而已用于电脑、照相机、手表、心脏起博器上，以及作为火箭、导弹等的动力资源。

(二) 二次电池

铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶和透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开。 1、铅蓄电池 负极：Pb-2e-+SO

2－

4= PbSO4

正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O

蓄电池充电和放电的总化学方程式为：Pb+PbO2+2H2SO4

(三) 燃料电池 燃料电池（碱性）

电极反应：负极：2H2+4OH- -2e- =4H2O 正极：O2+2H2O+2e- =4OH- 电池的总反应为：2H2 + O2 = 2H2O

1、铜锌非氧化性强酸溶液的原电池（伏打电池） （电极材料：铜片和锌片，电解质溶液：稀硫酸） （1）氧化还原反应的离子方程式：Zn+2H+ = Zn2+ + H2↑ （2）电极反应式及其意义

正极（Cu）：2H+ +2e-=H2↑（还原反应）； 负极（Zn）：Zn -2e-=Zn2+ （氧化反应）。 （3）微粒移动方向：

① 在外电路：电流由铜片经用电器流向锌片，电子由锌片经用电器流向铜片。

② 在内电路：SO42-（运载电荷）向锌片移动，H+ （参与电极反应）向铜片移动的电子放出氢气。 2、镁铝强碱溶液的原电池

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2PbSO4+2H2O

当放电进行到硫酸的浓度降低，溶液的密度达到1.18g/cm3时应停止使用，需充电，充电时起电解池的作用。

（电极材料：镁片和铝片，电解质溶液：氢氧化钠溶液）

（1）氧化还原反应的离子方程式：2Al +2OH- +2H2O=2AlO?2+ 3H2 ↑ （2）电极反应式及其意义

① 正极（Mg）： 6H2O+6e- =3H2 ↑+6OH-

② 负极（Al）： 2Al +8OH--6e- =2AlO?2+4H2O

（3）微粒移动方向：

① 在外电路：电流由镁片经用电器流向铝片，电子由铝片经用电器流向镁片。

+② 在内电路：OH-（参与溶液反应）向铝片移动遇到Al3+发生反应产生AlO?2，Na（运载电荷）向正

极移动。

3、甲烷和氧气燃料电池 （电解质溶液是氢氧化钾溶液）

（1）氧化还原反应的化学方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O 。

2?在强碱性条件下修正为：CH4+2O2 +2NaOH=Na2CO3+3H2O；CH4+2O2 +2OH- =CO3+3H2O

（2）电极反应式及其意义

① 正极（惰性材料）： 2O2 +4H2O +8e-=8OH-

② 负极（惰性材料）： CH4 –8e- +10 OH- =CO32- +7 H2O 4、甲烷和氧气燃料电池（电解质是熔融的Na2CO3或K2CO3） （1）氧化还原反应的化学方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O 。 （2）电极反应式及其意义

① 正极（惰性材料）： 2O2 +4CO2+8e-= 4CO32-(所以应在正极通入适量的CO2) ② 负极（惰性材料）： CH4 –8e- +4 CO32- =5CO2 +2 H2O 5、甲烷和氧气燃料电池（电解质是熔融的CaO）

（1）氧化还原反应的化学方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O 。 （2）电极反应式及其意义

① 正极（惰性材料）： 2O2 +8e-= 4O2-

② 负极（惰性材料）： CH4 –8e- +4 O2- =CO2 +2 H2O 【强调八点】：

①书写电极反应式要注意酸碱性环境对产物存在形式的影响。

②在酸性环境中，氢元素的存在形式有：H+ 、H2O 、H2三种形式，不会出现OH-形式。 ③在碱性环境中，氢元素的存在形式为：OH- 、H2O 、H2三种形式，不会出现H+形式。 ④在酸性环境中，氧元素的存在形式有：H2O 一种形式，不会出现OH- 、O2-两种形式。 ⑤在碱性环境中，氧元素的存在形式为：OH- 、H2O 两种形式，不会出现O2-形式。

⑥检验电极反应式的标准：正负极得失电子数相等，原子个数守恒，微粒存在形式符合酸碱环境。 ⑦在正负极得失电子数相同的情况下，两个电极反应式叠加，会得到总反应式。 ⑧用总反应式减去任何一个电极反应式会得到另一个电极反应式。

五、电极式的书写技巧

总原则：电荷守恒；溶液中各离子能共存；缺项离子方程式配平法 按电极归类为：a、两极均为金属单质；

b、一极为单质，一极为金属氧化物（二次电池）； c、两极均为惰性电极（燃料电池）

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