电化学原电池部分

1、电化学部分综述电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压静电放电来实现（如氧通过无声放电管转变为臭氧），二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。由于放电化学有了专门的名称，因而，电化学往往专门指“电池的科学”。在高中范围内我们仅仅了解原电池原理与电解池原理中的说来我们需哟掌握的知识包括原电池，电解池的原理。以及相应电机方程式的书写与计算原电池部分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。原理原电池是利用原话还原反应产生电流的，我们知道氧化还原反应的实质是电子的得失，原电池利用了电极金属与电解液进行的氧化还

2、原反应进行供电，不同的是，他是利用电路结构将氧化还原反应拆解成氧化部分越还原部分，让其在不同的电极发生，进而形成电子流为外部供电如图电解液内部我们叫内电路，电流方向是由负极流向正极，外部导线部分我们成为外电路电流由正极流向负极，因为电流的方向与正电荷流动方向相同与负电荷流动的方向相反，因此，在内电路中，自由移动的电荷是阴阳离子，这样，电解液中，阳离子由负极流向正极，阴离子由正极流向负极，外电路自由移动的电荷是电子，因此外电路中电子由负极流向正极。因此我们的可以知道，负极金属丝失去电子的参与氧化还原反应，并且发生的是氧化反应呢，本身充当还原剂。正极发生还原反应，但正极金属不参与氧化还原反应，只是

3、起到导电作用，而是电解液在正极得到电子发生还原反应。整个过程中得失电子守恒。这里需要注意几点第一， 原电池所利用的氧化还原反应必须是可以自发进行的，比如氨气的催化氧化，也是一个氧化还原反应，但其条件苛刻，不能充当原电池翻译，燃烧虽然不是严格的自发反应，但燃烧一起启动后只要条件适宜可以直发进行，因此燃料电池是可行的第二， 原电池的实际是原理是负极金属与电解液的反应，负极充当还原剂，因此我们一般认为还原性强的金属也就是活泼的金属充当负极。但是，你需要注意例外，比如Al，他是可以与强碱反应的，比如用氢氧化钠做电解液，不管另一种金属丝啥，负极肯定是Al。总之，负极金属是与电解液反应较强烈的金属。一般情

4、况下，正负极的活泼性差距越大，形成原电池的电压就越高，反之，活泼性越接近，原电池电压越低。第三， 一个完整的原电池必须构成闭合回路，这样才可以实现氧化还原反应的两极拆分，否则，氧化还原反应只会发生在一极。电极方程式的书写第一步：先看是否可以完整的写出原电池所利用的氧化还原反应，能则写出，如果不能，那么首先确定氧化剂，还原剂，与电解液性质。这里注意电解液性质，也就是值得是电解液的ph，以及其中存在的离子。第二步：书写负极电机方程式，书写的时候分为2步，首先确定还原剂失去多少电子，并且失电子后的直接产物是什么，大多数金属单质失去电子得到对应阳离子，H2失去电子的直接产物是H+，CO失去电子的产物是

5、C4+ ，甲烷类失去电子的直接产物是H+和C4+。然后看这些直接产物在电解液中的存在形式是什么;金属阳离子看电解液中时候有与之形成沉底的离子有，则是沉淀，否则就是以金属离子的形式存在。H+看电解液的ph，酸性则是H+，碱性则是水。C4+也是看ph，酸性条件下是二氧化碳，碱性条件是碳酸根。最后看是否符合质量守恒，电荷守恒，不符合则用水和氢离子或氢氧根相配平第三步书写正极方程式，与负极类似书写的时候分为2步，首先确定氧化剂得到多少电子，的电子的直接产物是什么，O2的电子的直接产物是O2，水的电子的直接产物是氢氧根。然后看电解液性质，对于O2，酸性条件下是水，中性和碱性条件下与水结合形成氢氧根。对于

6、氢氧根，中性和碱性下是氢氧根，酸性是水。计算部分原电池说穿了也就是利用了氧化还原反应，因此与之有关的计算无非就是一个氧化还原反应的计算，因此，不管是单独的原电池计算也好，还是多了原电池链接计算也好，其思路只有一个也就是的是电子守恒，关键就是分析清楚那些部分是的电子的，哪些部分是失去电子的即可，附1各种常见的原电池1.锌锰干电池：锌锰电池具有原材料来源丰富、工艺简单，价格便宜、使用方便等优点，成为人们使用最多、最广泛的电池品种。锌锰电池以锌为负极，以二氧化锰为正极。按照基本结构，锌锰电池可制成圆筒形、扣式和扁形，扁形电池不能单个使用，可组合叠层电池（组）。按照所用电解液的差别将锌锰电池分为三个类

7、型：(1)铵型锌锰电池：电解质以氯化铵为主，含少量氯化锌。电池符号:(-) ZnNH4Cl·ZnCl2MnO2 (+)总电池反应： Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O(2) 锌型锌锰电池：又称高功率锌锰电池，电解质为氯化锌，具有防漏性能好，能大功率放电及能量密度较高等优点，是锌锰电池的第二代产品，20世纪70年代初首先由德国推出。与铵型电池相比锌型电池长时间放电不产生水，因此电池不易漏液。电池符号：(-) ZnZnCl2MnO2 (+)总电池反应（长时间放电）：Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl2·2ZnO·

8、;4H2O+2Mn3O4(3) 碱性锌锰电池：这是锌锰电池的第三代产品，具有大功率放电性能好、能量密度高和低温性能好等优点。电池符号：(-) ZnKOHMnO2 (+)总电池反应： Zn+2H2O+2MnO2=2Mn(OH)2+Zn(OH)2锌锰电池额定开路电压为1.5V，实际开路电压1.51.8V ，其工作电压与放电负荷有关，负荷越重或放电电阻越小，闭路电压越低。用于手电筒照明时，典型终止电压为0.9V，某些收音机允许电压降至0.75V。2锂原电池：又称锂电池，是以金属锂为负极的电池总称。锂的电极电势最负相对分子质量最小，导电性良好，可制成一系列贮存寿命长，工作温度范围宽的高能电池。根据电解

9、液和正极物质的物理状态，锂电池有三种不同的类型，即：固体正极有机电解质电池、液体正极液体电解质电池、固体正极固体电解质电池。Li(CF)n的开路电压为3.3V，比能量为480W·h·L-1，工作温度在-5570间，在20下可贮存10年之久！它们都是近年来研制的新产品，目前主要用于军事、空间技术等特殊领域，在心脏起搏器等微、小功率场合也有应用常见电磁的电极反应方程式1CuH2SO4Zn原电池正极：2H+ +2e- H2负极：Zn-2e- Zn2+总反应式：Zn+2H+=Zn2+H22CuFeCl3C原电池正极：2Fe3+ + 2e- 2Fe2+负极：Cu-2e- Cu2+总反

10、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)24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=2H2O5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=2H2O6氢氧燃料电池（中性介质）正极：O2+2H2O+4e- 4OH-负极：2H2-4e- 4H+总反应式：2H2+O2=2H2O7铅蓄电池（放电

11、）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+2H2O8AlNaOHMg原电池正极：6H2O+6e- 3H2+6OH-负极：2Al-6e- +8OH- 2AlO2-+4H2O总反应式：2Al+2OH- +2H2O=2AlO2- + 3H29CH4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-+3H2O10熔融碳酸盐

12、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=2CO211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+2Ag12. 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+2H2O2MnOOH

13、+Zn(OH)2附2：盐桥常用于原电池实验， 为了减小液接电位，通常在两种溶液之间连接一个高浓度的电解质溶液作“盐桥”。作用原理在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触，减免和稳定液接电位（当组成或活度不同的两种电解质接触时，在溶液接界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正负电荷分离而形成双电层，这样产生的电位差称为液体接界扩散电位，简称液接电位），使液接电位减至最小以致接近消除。 防止试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位。实际上盐桥相当于一个电解液组成的导线，实现了内电路电荷的流动，附3：腐蚀腐蚀，指材料由于环境作用引起的破化或变质，高中按原理分

14、为化学腐蚀和电化学腐蚀，其中我们初中解除到的腐蚀方式就是化学腐蚀也即是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程。这类腐蚀不普遍、只有在特殊条件下发生，例如，化工厂里的氯气与铁反应生成氯化亚铁：Cl2+FeFeCl2。化学腐蚀原理比较简单，属于一般的氧化还原反应。可以这样说，金属与酸或者碱甚至一切金属参与的氧化还原反应都可以认为是腐蚀。防止化学腐蚀的方法有以下几种1 钝化 例如 用铝罐运输冷浓硝酸2 电镀 例如 镀锌3 刷隔离层 例如 钢铁上刷油漆较电化学腐蚀而言，化学腐蚀的速度远小于电化学腐蚀附4:原电池的作用电化学保护于电化学腐蚀在原电池中我们知

15、道，负极参与氧化还原反应，与电解液发生反应进而溶解，而正极金属只负责导电，不参与反应。这样如果我们将目标金属充当负极，让其充当还原剂，加快其反应，让他更快的腐蚀。例如，将碳粉和锌粒一起放入酸液里。形成微小的原电池，会极大的加快锌粒的溶解速度。反之，如果将目标金属放在正极的位置，让其充当原电池的正极，因为正极不参与反应，会极大延缓金属的腐蚀速度，相当于将之保护起来了。电化学腐蚀依靠电解液的 ph不同可以分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。析氢腐蚀发生在偏酸性的电解液纵中钢铁制品中一般都含有石墨（C）或碳化铁（Fe3C）。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或二氧化硫后就变

16、成一种电解质溶液，使水里的H+增多：CO2+H2OH2CO3H+HCO3-SO2+H2OH2SO3H+HSO3-于是就产生了无数个以铁为负极、碳或碳化铁为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。电极反应负极（铁）：铁被氧化Fe-2e-=Fe2+正极（碳或碳化铁）：溶液中的H+被还原2H+2e-=H2负极2价的铁会被演化成3价的最终形成铁锈。吸氧腐蚀发生在中心或者偏碱性的环境中，铁与C形成微小的原电池，发生负极（铁）：2Fe-4e-=2Fe2+正极（碳或碳化铁）：2H2O+O2+4e-=4OH-附5：燃料电池燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装

17、置。燃料和空气分别送进燃料电池，利用燃烧反应发出的能量产生电力。具体一个燃料电池涉及到的知识很多，高中范围内，针对燃料电池我们的认知就是一个原电池，它的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- =