原电池原理及电极方程式的书写

1、 原电池的原理及书写技巧 考纲点击了解原电池的工作原理,能写出电极反应和总方程式了解常见的化学电源的种类及其工作原理了解金属发生电化学腐蚀的原因及防护措施综合运用及分析一、原电池的原理1.定义:原电池是把_转化为_的装置.原电原电池反应的本质是池反应的本质是_化学能电能2.构成条件:(1) 具有两个活泼性不同的电极(2) 具有电解质溶液(3) 形成闭合的电路如右图,形成闭合电路的有_,没有形成闭合电路的有_.分析:图1虽然具有两个活泼性不同的电极,但是两金属没有接触或用导线连接,图2应添加盐桥,图6没有两个活泼性不同的电极,因此都没有形成闭合电路发生氧化还原反应3.原电池的两级原电池的两级负极

2、:活泼性_的金属,发生反应的物质是_,发生_的反应,生成物是_.较强还原剂失去电子氧化产物正极:活泼性_的金属,发生反应的物质是_,发生_的反应,生成物是_.较弱氧化剂得到电子还原产物指出下图的正负极:负极:Zn 正极:Fe负极:Zn 正极:稀硫酸负极:Fe 正极:Cu不形成原电池负极:Zn 正极:Zn2+不形成原电池2.电极：电极：1.电路：电路：外电路外电路内电路内电路电子流向：失电子的一极向得电子的电子流向：失电子的一极向得电子的一极一极阳离子流动方向与电流方向一致阳离子流动方向与电流方向一致正极：电子流入的一极正极：电子流入的一极负极：电子流出的一极负极：电子流出的一极阴离子流动方向与

3、电子流动方向一致阴离子流动方向与电子流动方向一致电流方向：与电子流动方向相反电流方向：与电子流动方向相反 铜锌原电池铜锌原电池负极负极正极正极 内电路内电路氧化反应氧化反应还原剂还原剂还原反应还原反应氧化剂氧化剂外电路外电路阳离子阳离子失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生电解质电解质溶液溶液阴离子阴离子阳离子阳离子三、 关于原电池结构的探究 我们在必修我们在必修2中学习过的将锌片和铜片中学习过的将锌片和铜片 置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用弱，

4、因此不适合实际应用。 有没有什么改进措施？有没有什么改进措施？将两电极分开放置不同的区域将两电极分开放置不同的区域,再添加盐桥以代替原再添加盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触来的两种溶液的直接接触盐桥制法：盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入将热的琼胶溶液倒入U形管中形管中(注意不要产注意不要产生裂隙生裂隙)，将冷却后的，将冷却后的U形管浸泡在形管浸泡在KCl或或NH4NO3的饱和的饱和溶液中即可。溶液中即可。2)将将KCl或或NH4NO3的饱和溶液装入的饱和溶液装入U形管，形管，用棉花都住管口即可。用棉花都住管口即可。此电池的优点：此电池的优点： 能产生持续、稳能产生持续、稳定的电流。定的电流。

5、CuFeH2SO4CuZnH2SO4CuFeNaCl溶溶液液CuFeNaCl溶液溶液CuZn酒酒精精CuZnH2SO4H2SO4ABCDEFMnZnZ4OS2HNnZCu4OS2CuuC4OS2HOVXVVXXXXV1.1.下列哪几个装置能形成原电池？下列哪几个装置能形成原电池？ABCD正极正极ZnCuCuFe负极负极CuZnZnZn电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl1. 1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是原电池时，锌为负极，此金属是( )( )A.Mg B.Fe C.Al D.CuA.

6、Mg B.Fe C.Al D.Cu2.2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的质溶液的 pH( )pH( )A.A.不变不变 B B. .先变大后变小先变大后变小 C C. .逐渐变大逐渐变大 D.D.逐渐变小逐渐变小C3.把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若线两两相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上极上产生大量气泡，产生大量气泡，b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产上有大量气泡产生，则四种金

7、属的活动性顺序由强到弱的为生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( )Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a B4、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是溶液，片刻后可观察到的现象是( ) D A. 铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈和银圈左右摇摆不定B. 保持平衡状态保持平衡状态C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜银圈向下

8、倾斜，铁圈向上倾斜二、原电池模型1.最简单的原电池铜锌原电池结构如图所示电极总反应为: Zn+H2SO4 =ZnSO4 +H2用氧化还原反应的双线桥对此反应的离子方程式进行分析：0 +1 +2 0Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 化合价升高，失2e,被氧化，作还原剂化合价降低，得2e , 被还原，作氧化剂负极反应分析:负极发生失去电子的反应,活泼电极失电子,发生反应的是还原剂,生成物是氧化产物则有Zn 2e = Zn2+ 正极反应分析:正极发生得到电子的反应,作氧化剂,这个反应中,得到电子的应该是H+则正极反应方程式应该为:2H+ + 2e- =H2现象:锌片逐渐溶解,铜片不消耗,但有

9、气泡在铜片上产生.书写这个原电池的两极反应方程式和总方程式:负极:_;正极:_;总反应:_;Zn-2e-=Zn2+Cu2+ + 2e- = CuZn +Cu2+ =Zn2+ +Cu两级金属分别为Mg和Al,电解质为NaOH溶液,请写出它的两极反应方程式和总反应方程式:负极:_;正极:_;总反应:_;请讨论将电解质换成盐酸溶液时,该原电池又会怎么反应?2Al - 6e- + 8OH- = 2AlO2- + 4H2O2Al + 2OH- + 2H2O = 2AlO2- + 3H26H2O + 6e- = 3H2 + 6OH- 与其电极反应方程式进行比对，可以得出写原电池电极反应方程式的一个方法氧化

10、还原分析法：在负极发生反应的物质是还原剂，发生失电子的反应，生成物是双线桥终点所指的氧化产物；在正极发生反应的是氧化剂，发生得电子的反应，生成物是双线桥终点所指的还原产物。这一方法在原电池设计和电极反应方程式书写中有重要地位和作用！如果已知原电池的总反应，可以用这一方法很容易地确定正、负极反应物。2.普通锌锰干电池（酸性） 构成：这种负极材料是锌，正极材料是炭棒。在石墨周围填充NH4Cl和淀粉糊作电极质、还填有MnO2和炭黑作为去极剂以除去炭棒上的氢气膜，减小电池的内阻，反应后转变为Mn2O3。 对此电池的电极反应可以进行如下分析：负极反应是Zn失去电子变成Zn2+；失去的电子被什么物质得到了

11、呢？由已知条件，某种物质得电子后生成了氢气，生成的氢气又被MnO2吸收，考虑到NH4+水解可以产生H+得电子变成氢气，所以电极反应和总反应分别为：负极反应：Zn2e-= Zn2+（失电子，电荷平衡）正极反应的过程：2NH4+ + 2H2O NH3 + 2H+（可逆反应）2H+ + 2e- = H2 H2 + 2MnO2 = Mn2O3 + H2O正极总反应为:2NH4+2e-+2 MnO2=2NH3+H2O+Mn2O3（注：NH4+水解本来是可逆反应，但是由于生成物被消耗，所以平衡向正反应方向移动。）3.碱性锌锰电池 构成：负极材料是锌；电解质是KOH;正极材料是MnO2,在反应中变成MnOO

12、H。对此电池进行分析：负极仍然是锌失去电子，变成Zn2+，但是由于电解质是KOH，产生的Zn2+会与OH反应生成Zn(OH)2，于是可得出如下方程式：负极反应的过程：Zn2e = Zn2+Zn2+ +2OH Zn(OH)2负极总反应： Zn + 2OH2e=Zn(OH)2； 根据根据，正极材料，正极材料MnOMnO2 2在反应中变成在反应中变成MnOOHMnOOH。根据元素守恒，有两种可能：。根据元素守恒，有两种可能： 考虑到在负极考虑到在负极了了OHOH- -，则在正极反应中，则在正极反应中通常会使通常会使OHOH- -会会，故此判断应该是，故此判断应该是这就是这就是在原电池当中的应用。这一

13、反在原电池当中的应用。这一反应的正极反应方程式为：应的正极反应方程式为： 正极反应：正极反应： 2MnO2MnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=2MnOOH+2OH=2MnOOH+2OH- -总反应式：总反应式： Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O=2MnOOH+Zn(OH)O=2MnOOH+Zn(OH)2 2 通过这几个例子可以发现这样一个通过这几个例子可以发现这样一个：如铜锌原电池、普通锌锰干如铜锌原电池、普通锌锰干电池中电池中ZnZn失去电子以后变成失去电子以后变成ZnZn2+2+；而碱性；而碱性锌锰电池中锌锰电池中ZnZn变成变成ZnZn2+2+后还

14、会与电解质溶后还会与电解质溶液中的液中的2OH2OH- -反应生成反应生成Zn(OH)Zn(OH)2 2。 2 2、充电电池铅蓄电池铅蓄电池结构：铅蓄电池有用橡胶或者塑料制结构：铅蓄电池有用橡胶或者塑料制成的长方型外壳，一个电极板上有一层成的长方型外壳，一个电极板上有一层棕褐色的棕褐色的PbOPbO2 2，另一个电极板是海绵状，另一个电极板是海绵状金属铅，两极均浸在密度为金属铅，两极均浸在密度为1.25g/cm31.28g/cm31.25g/cm31.28g/cm3的硫酸溶液中，的硫酸溶液中，且两极用有微孔的橡胶或塑料隔开。且两极用有微孔的橡胶或塑料隔开。 对此电池用对此电池用和和进行分析：进

15、行分析： 1 1、体系中目前有、体系中目前有氧化剂，氧化剂，和和。根据氧化还原反应的知识可。根据氧化还原反应的知识可知知PbOPbO2 2的的H H+ +，则根据氧化，则根据氧化还原反应的还原反应的可知，是可知，是PbOPbO2 2与与PbPb发生氧化还原反应。产物为发生氧化还原反应。产物为+2+2价价的的PbPb（）。）。2、Pb失电子，作负极，失电子后形成失电子，作负极，失电子后形成Pb2+，溶液中存在，溶液中存在SO42-，所以，所以Pb2+会与会与SO42-反应生成反应生成PbSO4。 PbOPbO2 2在酸性溶液中得到电子后化合价变为在酸性溶液中得到电子后化合价变为+2+2价（化合价

16、归中原理），作正极，在酸价（化合价归中原理），作正极，在酸性溶液中最后生成性溶液中最后生成H H2 2O O和和PbSOPbSO4 4。于是可得方。于是可得方程式如下：程式如下：总反应总反应PbPbPbOPbO2 22H2H2 2SOSO4 4 PbSO PbSO4 42H2H2 2O O 放电充电3、燃料电池：我们通常可以将燃料电池分为两我们通常可以将燃料电池分为两大类，一类是普通燃料电池，一大类，一类是普通燃料电池，一类是熔融盐燃料电池。下面我们类是熔融盐燃料电池。下面我们分别进行讨论。分别进行讨论。 （1）普通燃料电池）普通燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池是燃料电池的基础氢氧

17、燃料电池是燃料电池的基础，根据电解质溶液性质不同，我们，根据电解质溶液性质不同，我们可以将氢氧燃料电池分为三类，下可以将氢氧燃料电池分为三类，下面我们将为三类氢氧燃料电池进行面我们将为三类氢氧燃料电池进行一下对比。一下对比。电池电池电解电解质性质性质质负极反应负极反应正极反应正极反应总反应总反应氢氧燃料电池氢氧燃料电池（H2H+O2）酸性酸性2H2 4e 4H+O2 + 4e + 4H+ = 2H2O2H2 + O2 = 2H2O氢氧燃料电池氢氧燃料电池（H2Na2SO4O2）中性中性2H2 4e = 4H+O2 + 4e +2H2O = 4OH氢氧燃料电池氢氧燃料电池（H2OHO2）碱性碱性

18、2H2 4e + 4OH =2H2OO2 + 4e +2H2O = 4OH对此三个反应我们逐一分析对此三个反应我们逐一分析: 甲烷、空气、甲烷、空气、KOHKOH燃料电池燃料电池 通过对氢氧燃料电池研究所得出的结论，通过对氢氧燃料电池研究所得出的结论，可以可以该燃料电池的该燃料电池的。 即即 CHCH4 4 +2O +2O2 2 =CO =CO2 2 +2H +2H2 2O O，由于反应是在碱，由于反应是在碱性电解质溶液中进行的，所以产生的性电解质溶液中进行的，所以产生的COCO2 2会会被被OHOH- -吸收生成吸收生成COCO3 32-2-， 即：即：COCO2 2 + 2OH + 2OH

19、- -COCO3 32-2-+ H+ H2 2O O， 两个反应相加即得两个反应相加即得, ,总反应离子方程式为：总反应离子方程式为： CHCH4 4+2O+2O2 2+2OH+2OH- -=CO=CO3 32-2-+3H+3H2 2O O 电池正极反应，是氧气在碱性条件下得电电池正极反应，是氧气在碱性条件下得电子的反应，即与子的反应，即与电池中电池中条件条件下的下的相同，相同， 正极反应：正极反应： O O2 2+4e+4e- -+2H+2H2 2O=4OHO=4OH- - 负极反应可以用总反应减去正极反应得到负极反应可以用总反应减去正极反应得到：CHCH4 4+2O+2O2 2+2OH+2

20、OH- -2 2（O O2 2+4e-+2H+4e-+2H2 2O O）= = CO CO3 32-2-+3H+3H2 2O O2 24OH4OH- - 移项、化简后得移项、化简后得 负极反应：负极反应： CHCH4 48e8e- -+10OH+10OH- -= CO= CO3 32-2-+7H+7H2 2O O 上例中的方法是书写电极反应的另一个常用上例中的方法是书写电极反应的另一个常用方法方法：其表达式是：其表达式是： 应当注意的是：两个半反应合并后，应当注意的是：两个半反应合并后，。这也是检验所写的电极方程式是否。这也是检验所写的电极方程式是否正确的方法，合并不是两个半反应直接相正确的方

21、法，合并不是两个半反应直接相加，要使失电子和得电子的总数相等后再相加，要使失电子和得电子的总数相等后再相加。合并后的总方程式要符合客观事实。加。合并后的总方程式要符合客观事实。如中性介质中的氢氧燃料电池。如中性介质中的氢氧燃料电池。 正极反应正极反应+ +负极反应为：负极反应为： 2H2H2 24e4e- -+O+O2 2+4e+4e- -+2H+2H2 2O=4OHO=4OH- -+4H+4H+ + 合并后得合并后得2H2H2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O=4OHO=4OH- -+4H+4H+ + 这一反应方程式不符合客观事实，这一反应方程式不符合客观事实，OHOH- -与与H H+

22、 +不能大量共存于同一溶液中，它不能大量共存于同一溶液中，它们要反应生成们要反应生成H H2 2O O。所以最后其方程式。所以最后其方程式应为：应为：2H2H2 2 + O + O2 2 = 2H = 2H2 2O O。 （2 2）熔融盐电池）熔融盐电池 与普通燃料电池稍有与普通燃料电池稍有的是，熔融盐电的是，熔融盐电池电解质不是溶液，而是池电解质不是溶液，而是。实际上由于实际上由于更为简单（只有熔更为简单（只有熔融电解质，没有水），所以这类电池的反融电解质，没有水），所以这类电池的反应也比较简单。为了便于大家掌握，我们应也比较简单。为了便于大家掌握，我们仍然从最简单的熔融盐电池入手进行分析仍

23、然从最简单的熔融盐电池入手进行分析。 氢氧熔融盐燃料电池氢氧熔融盐燃料电池 氢氧燃料电池，电解质在熔融状态分别能氢氧燃料电池，电解质在熔融状态分别能传导传导O O2-2- 或或H H+ +，书写电极反应方程式时要依，书写电极反应方程式时要依据电解质的性质。据电解质的性质。 （），如熔融，如熔融作电解质作电解质时可以传输时可以传输O O2-2-，此时电极反应应如下：，此时电极反应应如下： 负极：负极：2H2H2 2-4e-4e- -+2O+2O2-2-=2H=2H2 2O O 正极：正极：O O2 2+4e+4e- -=2O=2O2-2- （），如以磷酸为电解质的燃料，如以磷酸为电解质的燃料电池

24、可以传导电池可以传导H H+ +，其电极反应如下：，其电极反应如下： 负极：负极：H H2 2-2e-=2H-2e-=2H+ + 正极：正极：O O2 2+4e+4e- -+4H+4H+ += 2H= 2H2 2O O 总反应仍是：总反应仍是：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O 丁烷丁烷空气燃料电池，空气燃料电池， 其电解质是掺杂氧化钇（其电解质是掺杂氧化钇（Y Y2 2O O3 3）的氧化锆（）的氧化锆（ZrOZrO2 2）熔融晶体。）熔融晶体。 分析：掺杂氧化钇（分析：掺杂氧化钇（Y Y2 2O O3 3）的氧化锆（）的氧化锆（ZrOZrO2 2）晶体在熔融状态能传导）晶

25、体在熔融状态能传导O O2-2-，因此，因此O O2-2-参与参与负极反应；燃料电池的总反应通常与其燃负极反应；燃料电池的总反应通常与其燃烧化学方程式相同。即为：烧化学方程式相同。即为：2C2C4 4H H1010+13O+13O2 2=8CO=8CO2 2+ 10H+ 10H2 2O O。 则其正极反应为：则其正极反应为：O O2 2+4e+4e- -= 2O= 2O2-2- 总反应：总反应： 2C2C4 4H H1010+13O+13O2 2=8CO=8CO2 2+ 10H+ 10H2 2O O 负极反应总反应正极反应，得负极反应总反应正极反应，得 负极反应：负极反应： C C4 4H H

26、101026e26e- -13O13O2-2-=4CO=4CO2 25H5H2 2O O 甲醇甲醇空气燃料电池空气燃料电池 构成：甲醇为燃气，空气与构成：甲醇为燃气，空气与COCO2 2混合气体作混合气体作为助燃剂，碳酸锂和碳酸钠的混合熔融盐为助燃剂，碳酸锂和碳酸钠的混合熔融盐作为电解质。作为电解质。 分析：作为燃料电池，总的效果就是把燃分析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧，故电池总反应与燃料燃烧化料进行燃烧，故电池总反应与燃料燃烧化学方程式相同：学方程式相同：2CH2CH3 3OH+3OOH+3O2 2=2CO=2CO2 2+4H+4H2 2O O。 用氧化还原反应原理进行分析：用

27、氧化还原反应原理进行分析： 可以得出可以得出CHCH3 3OHOH失电子为失电子为，是电池负极材料，是电池负极材料。从原电池结构来看，原电池是把氧化反应与还原。从原电池结构来看，原电池是把氧化反应与还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接起来反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接起来的一种装置。因此有以下事实摆在眼前：的一种装置。因此有以下事实摆在眼前： 1.CH 1.CH3 3OHOH并并与与O O2 2直接接触。直接接触。 2.CH 2.CH3 3OHOH反应生成反应生成COCO2 2和和H H2 2O O。按。按1molCH1molCH3 3OHOH参与参与反应计算，要生成反应计算

28、，要生成1mol CO1mol CO2 2和和2molH2molH2 2O O。 于是问题产生了，于是问题产生了，的氧原子来自哪里？的氧原子来自哪里？ 答案就只有一个答案就只有一个CHCH3 3OHOH只能与电解质电离出来只能与电解质电离出来的的COCO3 32-2-反应。所以我们推理得知其负极反应为：反应。所以我们推理得知其负极反应为： 负极反应：负极反应： 2CH2CH3 3OH-12eOH-12e- -+6CO+6CO3 32-2-=8CO=8CO2 2+4H+4H2 2O O 根据根据原理，其正极反应中原理，其正极反应中要生成要生成COCO3 32-2-，或用一个，或用一个的方法的方法电极反应合电极反应合并法并法: :，得，得 正极反应：正极反应： 3O3O2 2+12e+12e- -+6CO+6CO2 2=6CO=6CO3 32-2-对上述燃料电池进行归纳对上述燃料电池进行归纳，我们可以，我们可以得出燃料电池电极反应方程式书写的一些得出燃料电池电极反应方程式书写的一些。燃料电池的。燃料电池的是是。燃料电池中。燃料电池中2并并得到电子，得到电子，的变化规律为：的变化规律为：条件下条件下