原电池的形成条件.doc

原电池的形成条件是利用两个电极之间金属性的不同,产生电势差,从而使电子的流动,产生电流.又称非蓄电池，是电化电池的一种，其电化反应不能逆转，即是只能将化学能转换为电能，简单说就即是不能重新储存电力，与蓄电池相对。定义在高中阶段来说，原电池是将化学能直接转化为电能的一种装置。其原理也是通过化学反应（在正负极发生不同的氧化还原反应）使闭合电路中产生电子流，从而产生电流的。其中在正极发生还原反应，负极发生氧化反应。概述原电池是将化学能转变成电能的装置。所以，根据定义，普通的干电池、燃料电池都可以称为原电池。 组成原电池的基本条件： 1将两种活泼性不同的金属(或导电单质)(Pt和石墨为惰性电极，即本身不会得失电子)(一种是相对较活泼金属一种是相对较不活泼金属)2用导线连接后插入电解质溶液中，形成闭合回路。3要发生自发的氧化还原反应。 原电池工.原电池的工作原理原电池反应属于放热的氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。 从能量转化角度看，原电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。 原电池的构成条件有三个： （1）电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成。 （2）两电极必须浸泡在电解质溶液中。 （3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。 只要具备以上三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电流，所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外，还要求有自发进行的氧化还原反应。也就是说，化学电源必须是原电池，但原电池不一定都能做化学电池。 形成前提：总反应为自发的氧化还原反应 电极的构成： a.活泼性不同的金属锌铜原电池，锌作负极，铜作正极；b.金属和非金属（非金属必须能导电）锌锰干电池，锌作负极，石墨作正极；c.金属与化合物铅蓄电池，铅板作负极，二氧化铅作正极；d.惰性电极氢氧燃料电池，电极均为铂。 电解液的选择：电解液一般要能与负极材料发生自发的氧化还原反应。 原电池正负极判断： 负极发生氧化反应，失去电子；正极发生还原反应，得到电子。 电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。 溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极 电极反应方程式的书写回目录负极：活泼金属失电子，看阳离子能否在电解液中大量存在。如果金属阳离子不能与电解液中的离子共存，则进行进一步的反应。例：甲烷燃料电池中，电解液为KOH，负极甲烷失8个 电子生成CO2和H2O，但CO2不能与OH-共存，要进一步反应生成碳酸根。 正极：当负极材料能与电解液直接反应时，溶液中的阳离子得电子。例：锌铜原电池中，电解液为HCl，正极H+得电子生成H2。当负极材料不能与电解液反应时，溶解在电解液中的O2得电子。如果电解液呈酸性，O2+4e-+4H+=2H2O；如果电解液呈中性或碱性，O2+4e-+2H2O=4OH-。 特殊情况:Mg-Al-NaOH，Al作负极。负极：Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O；正极：2H2O+2e-=H2+2OH- Cu-Al-HNO3，Cu作负极。 注意：Fe作负极时，氧化产物是Fe2+而不可能是Fe3+；肼（N2H4）和NH3的电池反应产物是H2O和N2 无论是总反应，还是电极反应，都必须满足电子守恒、电荷守恒、质量守恒。 pH变化规律 电极周围：消耗OH-(H+)，则电极周围溶液的pH减小（增大）；反应生成OH-(H+)，则电极周围溶液的pH增大（减小）。 溶液：若总反应的结果是消耗OH-(H+)，则溶液的pH减小（增大）；若总反应的结果是生成OH-(H+)，则溶液的pH增大（减小）；若总反应消耗和生成OH-(H+)的物质的量相等，则溶液的pH由溶液的酸碱性决定，溶液呈碱性则pH增大，溶液呈酸性则pH减小，溶液呈中性则pH不变。 常用原电池方程式回目录1CuH2SO4Zn原电池 正极： 2H+ + 2e- H2 负极： Zn - 2e- Zn2+ 总反应式： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 2CuFeCl3C原电池 正极： 2Fe3+ + 2e- 2Fe2+ 负极： Cu - 2e- Cu2+ 总反应式： 2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+ 3钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀 正极：O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 负极：2Fe - 4e- 2Fe2+ 总反应式：2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe（OH)2 4氢氧燃料电池（中性介质） 正极：O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 负极：2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O 5氢氧燃料电池（酸性介质） 正极：O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 负极：2H2 - 4e- 4H+ 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O 6氢氧燃料电池（碱性介质） 正极：O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 负极：2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O 7铅蓄电池（放电） 正极 (PbO2) ： PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ PbSO4 + 2H2O 负极 (Pb) ：Pb- 2e-+ (SO4)2- PbSO4 总反应式： Pb+PbO2+4H+ 2(SO4)2- = 2PbSO4 + 2H2O 8AlNaOHMg原电池 正极：6H2O + 6e- 3H2 + 6OH- 负极：2Al - 6e- + 8OH- 2AlO2- + 4H2O 总反应式：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2- + 3H2 9CH4燃料电池(碱性介质) 正极：2O2 + 4H2O + 8e- 8OH- 负极：CH4 -8e- + 10OH- (CO3)2- + 7H2O 总反应式：CH4 + 2O2 + 2OH- = (CO3)2- + 3H2O 10熔融碳酸盐燃料电池 （Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液，CO作燃料）： 正极：O2 + 2CO2 + 4e- 2(CO3)2- (持续补充CO2气体) 负极：2CO + 2(CO3)2- - 4e- 4CO2 总反应式：2CO + O2 = 2CO2 11银锌纽扣电池(碱性介质) 正极 (Ag2O) ：Ag2O + H2O + 2e- 2Ag + 2OH- 负极 (Zn) ：Zn + 2OH- -2e- ZnO + H2O 总反应式：Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag 12. 碱性锌锰电池（KOH介质） 正极（MnO2）：2MnO2+2H2O + 2e- 2MnOOH+2OH- 负极（Zn）：Zn + 2OH- -2e- Zn（OH）2 总反应式：Zn + 2MnO2+2H2O 2MnOOH+ Zn（OH）2 蓄电池蓄电池在放电过程中属于原电池反应。这类电极反应都有电解质溶液参与，如果能分析清楚电解质溶液是否参与电极反应，那么负极的电极反应式和正极的电极反应式的书写就可迎刃而解了。 现以铅酸蓄电池为例来分析电极反应式的书写方法。 铅酸蓄电池的总反应为：Pb + PbO2 + H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 根据原电池的工作原理分析，负极失去电子发生氧化反应，可知： Pb 2e- = Pb2+ ，生成的Pb2+ 进入电解质溶液中，Pb2+ 与溶液中的SO42-不能共存，要继续反应生成PbSO4，即：Pb2+ + SO42- = PbSO4 ，因此在原电池的负极反应式为+即：Pb 2e- + SO42- = PbSO4 ；正极是得电子发生还原反应的一极，则有;PbO2 + 2e- = Pb2+ + 2O2- ，Pb2+ 和O2-进入溶液中，由于电解质溶液是H2SO4溶液，O2-在酸性环境中，不能单独存在，可供O2-结合的微粒由H+和H2O，O2-在酸性环境中优先结合H+生成H2O，这样在正极发生的反应有：4H+ + 2O2- = 2H2O；Pb2+ + SO42- = PbSO4根据以上分析可知正极反应式为+即：PbO2 + 2e- + SO42 + 4H+ = PbSO4 + 2H2O。（注意：在电极反应式中应遵循电荷守恒和质量守恒；在负极反应式与正极反应式相加求总反应时要注意得失电子数要相等。） 再如：AgZn高能电池（钮扣电池）由Ag2O、Zn及KOH溶液组成。总反应为：Zn + Ag2O + H2O = Zn（OH）2 + 2Ag 根据原电池原理可知：Zn做负，Ag2O做正极，电解质溶液为KOH溶液。负极极失去电子发生氧化反应，则负极反应为：Zn 2e- = Zn2+，Zn2+进入溶液后又与溶液中的OH-反应Zn2+ + 2OH- = Zn（OH）2。 所以负极反应为：Zn 2e- + 2OH- = Zn(OH)2 ; 正极为Ag2O得到电子发生还原反应，即Ag2O + 2e- = 2Ag + O2- O2-在中性或碱性环境中也不能单独存在，只能结合H2O生成OH-，故在中性或碱性条件下O2- +H2O = 2OH- ，所以正极反应式为：Ag2O + 2e- + H2O = 2Ag + 2OH- 。 13电解饱和食盐水 阳极（失电子）：2cl - 2e- = cl2 氧化反应，产物氯气，现象：不断有氯气放出 阴极（得电子）：2H+ + 2e = H2 还原反应，产生氢气，现象：不断有氢气放出, 燃料电池回目录燃料电池是一种不经燃烧，将燃料的化学能经过电化学反应直接转变为电能的装置，它和其他电池中的氧化还原反应一样，都是自发的化学反应，不会发出火焰，其化学能可以直接转化为电能的一种电池。所有的燃料电池的工作原理都是一样的，其电极反应的书写同样是有规律可循的。一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。 现以氢氧燃料电池为例进行说明： 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，电解质溶液通常选用KOH。在负极上氢气失去电子变成 H+进入溶液，H+又与溶液中的OH-继续反应生成H2O，因此在负极发生的反应为H2 2e- = 2H+ ，H+ + 2OH- = H2O，所以： 负极的电极反应式为：2H2 4e- + 4OH- = 4H2O； 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- = 2O2- ，O2-在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：O2- + H2O = 2OH- ，因此： 正极反应式为：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 。 总反应为：2H2 + O2 = 2H2O。 注意：若在酸性条件下， 负极反应式为：2H2 -4e- = 4H+ 正极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O(O2 + 4e- = 2O2- ，2O2- + 4H+ = 2H2O) 总反应为：2H2 + O2 = 2H2O。 盐桥回目录如Cu-Zn原电池中以KCl溶液做电解质 KCl在这个装置中称为盐桥。 盐桥的作用仅仅是导电【相当于导线的作用】，将两个烧杯形成闭合回路，否则就相当于断开，而盐桥的导电是利用了其中的阴阳离子的定向移动。 锌