原电池知识点复习进程.docx

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原电池知识点复习进程

原电池知识点

1、定义：

将化学能直接转变成电能的装置。

2、构成原电池的条件：

①电解质溶液

②两个导体做电极

③形成闭合回路（或在溶液中接触）

④有能自发进行的氧化还原反应

3、原理

本质：

氧化还原反应

4、原电池电极的判断

（1）由组成原电池的两极材料判断：

一般来说，较活泼的或能和电解质溶液反应的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。

但具体情况还要看电解质溶液，如镁、铝电极在稀硫酸在中构成原电池，镁为负极，铝为正极；但镁、铝电极在氢氧化钠溶液中形成原电池时，由于是铝和氢氧化钠溶液发生反应，失去电子，因此铝为负极，镁为正极。

（2）根据外电路电流的方向或电子的流向判断：

在原电池的外电路，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。

（3）根据内电路离子的移动方向判断：

在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

（4）根据原电池两极发生的化学反应判断：

原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。

因此可以根据总化学方程式中化合价的升降来判断。

（5）根据电极质量的变化判断：

原电池工作后，若某一极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极得电子，该电极为正极，活泼性较弱；如果某一电极质量减轻，说明该电极溶解，电极为负极，活泼性较强。

（6）根据电极上产生的气体判断：

原电池工作后，如果一电极上产生气体，通常是因为该电极发生了析出氢的反应，说明该电极为正极，活动性较弱。

（7）根据某电极附近pH的变化判断析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，该电极附近的pH增大了，说明该电极为正极，金属活动性较弱。

5、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。

　　锌铜电池，电解质溶液锌端硫酸锌，铜端硫酸铜，即两端不一样，所以产生电势差，于是，电子从负极Zn失去，沿着导线移向正极Cu，即外面的导线中，电子即负电荷从Zn到Cu，中间有盐桥连接，即盐桥中的负电荷即阴离子应该从CuSO4的一端沿着盐桥移向ZnSO4的一端，或者说，盐桥中的正电荷即阳离子就从ZnSO4的一端沿着盐桥移向CuSO4的一端，总之，要保证两端烧杯中的正负电荷要守恒。

【应该是没有进入到盐桥内的】

　　【溶液中是靠硫酸铜和硫酸锌自己的离子导电，他们自已各担其职】

　　还有以含有离子的琼脂块作盐桥的，应用很广泛。

6、电极反应式的书写

（1）准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键如果原电池的正负极判断失误，电极反应式的书写一定错误。

上述判断正负极的方法是一般方法，但不是绝对的，例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中，由于铝片表明的钝化，这时铜失去电子，是负极，其电极反应为：

负极：

Cu－2e－＝Cu2＋正极：

NO3－+4H＋+2e－＝2H2O+2NO2↑再如镁片和铝片同时插入氢氧化钠溶液中，虽然镁比铝活泼，但由于镁不与氢氧化钠反应，而铝却反应，失去电子，是负极，其电极反应为：

 负极：

2Al+8OH－－2×3e－＝2AlO2－+2H2O正极：

6H2O+6e－＝6OH－+3H2↑

（2）要注意电解质溶液的酸碱性。

在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系，如氢氧燃料电池有酸式和碱式，在酸溶液中，电极反应式中不能出现OH－，在碱溶液中，电极反应式中不能出现H+，像CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中碳（C）元素以CO32－离子形式存在，而不是放出CO2气体。

（3）要考虑电子的转移数目在同一个原电池中，负极失去电子数必然等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应时，一定要考虑电荷守恒。

防止由总反应方程式改写成电极反应式时所带来的失误，同时也可避免在有关计算中产生误差。

 （4）要利用总的反应方程式 从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池，而两个电极反应相加即得总反应方程式。

所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应，便可以写出另一个电极反应方程式。

7、原电池的书写

1.一般把负极（如Zn棒与Zn2+离子溶液）写在电池符号表示式的左边，正极（如Cu棒与Cu2+离子溶液）写在电池符号表示式的右边。

　　2.以化学式表示电池中各物质的组成，溶液要标上活度或浓度（mol/L），若为气体物质应注明其分压（Pa），还应标明当时的温度。

如不写出，则温度为298.15K，气体分压为101.325kPa，溶液浓度为1mol/L。

　　3.以符号“∣”表示不同物相之间的接界，用“‖”表示盐桥。

同一相中的不同物质之间用“，”隔开。

　　4.非金属或气体不导电，因此非金属元素在不同氧化值时构成的氧化还原电对作半电池时，需外加惰性导体（如铂或石墨等）做电极导体。

其中，惰性导体不参与电极反应，只起导电（输送或接送电子）的作用，故称为“惰性”电极。

　　按上述规定，Cu－Zn原电池可用如下电池符号表示：

　　（-）Zn（s）∣Zn2+（C）‖Cu2+（C）∣Cu（s）（+）

　　理论上，任何氧化还原反应都可以设计成原电池，例如反应:

　　Cl2+2I-═2Cl-+I2

　　此反应可分解为两个半电池反应：

　　负极：

2I-═I2+2e-（氧化反应）

　　正极：

Cl2+2e-═2Cl-　（还原反应）

　　该原电池的符号为：

　　（-）Pt∣I2（s）∣I-（C）‖Cl-（C）∣C2（PCL2）∣Pt（+）

8、常见的原电池

（1）一次电池

①碱性锌锰电池

构成:

负极是锌,正极是MnO2,正极是KOH

工作原理:

负极Zn+2OH—－2e－=Zn（OH）2；正极:

2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－

总反应式:

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2

特点:

比能量较高,储存时间较长,可适用于大电流和连续放电。

②钮扣式电池（银锌电池）

锌银电池的负极是Zn，正极是Ag20，电解质是KOH，总反应方程式：

Zn+Ag20=2Ag+ZnO

特点：

此种电池比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。

③锂电池

锂电池用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫酰氯（SOC12）中组成。

锂电池的主要反应为：

负极：

8Li－8e—＝8Li+；正极：

3SOC12+8e—＝SO32－+2S+6Cl—

总反应式为：

8Li+3SOC12=6LiCl+Li2SO3+2S

特点：

锂电池是一种高能电池，质量轻、电压稳定、工作效率高和贮存寿命长的优点。

（2）二次电池

①铅蓄电池:

（1）铅蓄电池放电原理的电极反应

负极：

Pb+S042—－2e—＝PbSO4；　正极：

Pb02+4H++S042—+2e—＝PbSO4+2H20

总反应式：

Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbS04+2H2O

（2）铅蓄电池充电原理的电极反应

       阳极：

PbSO4+2H2O－2e－=PbO2+4H++SO42－    ；阴极：

PbSO4+2e－=Pb+SO42－

总反应：

2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4

　②镍一镉碱性蓄电池　

构成:

放电时镉（Cd）为负极,正极是NiO（OH）,电解液是KOH

工作原理:

负极:

Cd+2OH—－2e－=Cd（OH）2；正极:

2NiO（OH）+2H2O+2e－=2Ni（OH）2+2OH—

总反应式:

特点：

电压稳定、使用方便、安全可靠、使用寿命长，但一般体积大、废弃电池易污染环境。

（3）燃料电池

①氢氧燃料电池

当用碱性电解质时，电极反应为：

负极：

2H2+40H—－4e—＝4H20；正极：

02+2H20+4e—＝40H—

总反应：

2H2+02＝2H2O

②甲烷燃料电池

该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通甲烷和氧气；

负极：

CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O；正极：

2O2+4H2O+8e－=8OH－

总反应方程式为：

CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

③CH3OH燃料电池

用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH3OH和O2，则发生了原电池反应。

负极：

2CH3OH+16OH－－12e－=2CO32－+12H2O；正极：

3O2+6H2O+12e－=12OH－

总反应方程式为：

2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O

9、原电池的应用

1）制作干电池、蓄电池、高能电池；

（2）比较金属腐蚀的快慢（负极金属先被腐蚀）；

（3）防护金属腐蚀（被保护的金属作正极）；

（4）比较反应速率（如粗锌与稀硫酸反应比纯锌快）；

（5）比较金属活动性强弱（被溶解的负极金属较活泼）；

（6）判断溶液pH变化（如发生吸氧腐蚀时，因有正极反应O2+2H2O+4e-=4OH-，使溶液pH值升高，正极附近溶液能使酚酞变红）。

（7）根据电池反应判断新的化学电源的变化，（方法是先分析电池反应中有关物质化合价变化，确定原电池正极和负极，然后根据两极变化分析判断其它指定性质的变化）。

10、金属的腐蚀和防护

1）、腐蚀

①金属腐蚀的类型：

化学腐蚀和电化学腐蚀。

②电化学腐蚀的类型：

吸氧腐蚀和析氢腐蚀。

吸氧腐蚀金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化学腐蚀，叫吸氧腐蚀．

例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，其电极反应如下：

　　负极（Fe）：

2Fe-4e=2Fe2+

　　正极（C）：

2H2O+O2+4e=4OH-

　　钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀．

　　吸氧腐蚀的必要条件

　　以氧的还原反应为阴极过程的腐蚀，称为氧还原腐蚀或吸氧腐蚀。

发生吸氧腐蚀的必要条件是金属的电位比氧还原反应的电位低：

　　氧的阴极还原过程及其过电位

　　吸氧腐蚀的阴极去极化剂是溶液中溶解的氧。

随着腐蚀的进行，氧不断消耗，只有来自空气中的氧进行补充。

因此，氧从空气中进入溶液并迁移到阴极表面发生还原反应，这一过程包括一系列步骤。

（1）氧穿过空气/溶液界面进入溶液；　

（2）在溶液对流作用下，氧迁移到阴极表面附近；

　　（3）在扩散层范围内，氧在浓度梯度作用下扩散到阴极表面；

　　（4）在阴极表面氧分子发生还原反应，也叫氧的离子化反应。

　　吸氧腐蚀的控制过程及特点

　　金属发生氧去极化腐蚀时，多数情况下阳极过程发生金属活性溶解，腐蚀过程处于阴极控制之下。

氧去极化腐蚀速度主要取决于溶解氧向电极表面的传递速度和氧在电极表面上的放电速度。

因此，可粗略地将氧去极化腐蚀分为三种情况。

（1）如果腐蚀金属在溶液中的电位较高，腐蚀过程中氧的传递速度又很大，则金属腐蚀速度主要由氧在电极上的放电速度决定。

（2）如果腐蚀金属在溶液中的电位非常低，不论氧的传输速度大小，阴极过程将由氧去极化和氢离子去极化两个反应共同组成。

　　（3）如果腐蚀金属在溶液中的电位较低，处于活性溶解状态，而氧的传输速度又有限，则金属腐蚀速度由氧的极限扩散电流密度决定。

　　扩散控制的腐蚀过程中，由于腐蚀速度只决定于氧的扩散速度，因而在一定范围内，腐蚀电流将不受阳极极化曲线的斜率和起始电位的影响。

　　扩散控制的腐蚀过程中，金属中不同的阴极性杂质或微阴极数量的增加，对腐蚀速度的增加只起很小的作用。

析氢腐蚀金属在酸性较强的溶液中发生电化学腐蚀时放出氢气的腐蚀叫做析氢腐蚀。

在钢铁制品中一般都含有碳。

在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。

水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的H+增多。

于是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。

这些原电池里发生的氧化还原反应是：

负极（铁）：

铁被氧化Fe-2e=Fe2+；正极（碳）：

溶液中的H+被还原2H++2e=H2↑

　　这样就形成无数的微小原电池。

最后氢气在碳的表面放出，铁被腐蚀，所以叫析氢腐蚀。

比较项目

析　氢　腐　蚀

吸　氧　腐　蚀

去极化剂性质

带电氢离子，迁移速度和扩散能力都很大

中性氧分子，只能靠扩散和对流传输

去极化剂浓度

浓度大，酸性溶液中H+放电

中性或碱性溶液中H2O作去极化剂浓度不大，其溶解度通常随温度升高和盐浓度增大而减小

电化腐蚀类型

吸氧腐蚀

析氢腐蚀

条件

水膜酸性很弱或呈中性

水膜酸性较强

正极反应

O2+4e-+2H2O==4OH-

2H++2e-==H2↑

负极反应

Fe－2e-==Fe2+

Fe－2e-==Fe2+

腐蚀作用

是主要的腐蚀类型，具有广泛性

发生在某些局部区域内

2）、金属的防护方法

（1）改变金属的内部结构：

如制成不锈钢。

（2）覆盖保护层：

涂漆、电镀、搪瓷、涂沥青、塑料、沥青等。

（3）电化学保护法：

①牺牲阳极保护法：

如轮船的船底四周镶嵌锌块。

②外加电流阴极保护法（又叫阴极电保护法）：

将被保护的金属制品（如水库闸门、合成氨塔等）与直流电源的负极相连接，做电解池的阴极，受到保护。