《原电池的原理及应用》

原电池原理及应用

原电池以氧化还原反应为基础，使氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行，从而产生电流，实现化学能向电能转化的装置。将化学能转化成电能的装置叫做原电池.

知识扫描1、概念:

从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。2、原电池的形成条件（3）

形成闭合回路（两电极用导线连接，或接触,或用盐桥连接。）（2）电解质溶液

（1）两导体作电极

知识扫描①活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导体）;②两不活泼的导体－石墨或Pt等（燃料电池电极）;③金属和金属氧化物(铅蓄电池，银锌电池）.Zn－2e－=Zn2+2H++2e－=H2↑还原反应失去电子溶液中氧化性的微粒得到电子3、工作原理较活泼金属不活泼金属或石墨Zn2+H+H+

e-SO42-

溶液中，

从负极定向移动到正极，

从正极定向移动到负极，形成闭合回路。○○○○○H2○SO42-CuZn负极正极阳离子阴离子知识扫描CuZn

氧化反应CuZn○○○○○○CuZn○○○○○○○○○○CuZn○○○CuZn○○○盐桥的作用：Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向Cu极。原电池导线传递电子，沟通外电路；而盐桥则传递正负离子，沟通内电路。

盐桥保持溶液电中性，使两个烧杯中的溶液连成一个通路。ZnSO4溶液CuSO4溶液原电池此原电池的优点：能产生持续、稳定的电流。原电池

此原电池是由两个半电池组成的（锌和锌盐溶液构成锌半电池，铜和铜盐溶液构成铜半电池）；半电池中的反应就是半反应,即电极反应。原电池4、正负极的判断方法：（2）根据电流方向或电子流动的方向判断（3）根据发生的反应判断活泼性强的金属作负极活泼性较弱的金属或非金属作正极电子流出的一极为负极,电子流进的一极为正极电流是由正极流向负极发生氧化反应的一极为负极,发生还原反应的一极为正极（4）根据反应的现象判断

质量减轻的一极为负极,质量增加或有气泡冒出的一极为正极（5）根据离子的定向移动方向判断

阳离子移向正极，阴离子移向负极知识扫描（1）根据两极材料判断稀硫酸CFeACuZn硫酸铜溶液食盐水FeCA负极：Zn-2e-=Zn2+正极：Cu2++2e-=Cu总：Zn+Cu2+＝Zn2++Cu负极：Fe-2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑总：Fe+2H+=Fe2++H2↑负极：2Fe-4e-=2Fe2+正极：2H2O

+O2+4e-

=4OH-总：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2↓

知识扫描5、电极反应式的书写

仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：M-xe-=Mx+

正极：视电解质溶液而定

(1)酸性强析氢

(2)酸性弱或中性吸氧

(3)不活泼金属盐析出不活泼金属方法点拨5、电极反应式的书写负极：2Al+8OH－—6e-=2AlO2－

+4H2O正极：6H2O+6e-=3H2↑

+6OH－

总：2Al+2OH－

+2H2O=2AlO2－

+3H2↑

稀硫酸负极：Mg—2e-=Mg2+正极：2H++2e-

=H2↑总：Mg+2H+=Mg2++H2

↑判断两极时还要考虑电极与电解质溶液反应情况,更易与电解质溶液反应的一极作负极5、电极反应式的书写知识扫描负极：Al+4OH－—3e-=AlO2－

+2H2O正极：2H2O+2e-=H2+2OH－

总：2Al+2OH－

+2H2O=2AlO2－

+3H2

负极：Cu—2e-=Cu2+正极：2H++NO3－

+e-=NO2+H2O总：Cu+4H++2NO3－=2NO2+Cu2++2H2O燃料电池介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O

酸性负极正极中性负极

正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-要充分考虑电极反应后产物所处的介质----电解质环境，应将电解质溶液中参与电极反应的粒子写进电极反应式。知识扫描5、电极反应式的书写（燃料电池）例:

据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电.试写出该电池放电时的电极反应和总反应式.5、电极反应式的书写（燃料电池）知识扫描

燃烧反应式

2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O电池总反应

2CH3OH＋3O2＋４OH－＝2CO32－＋6H2O负极:2CH3OH－12e－＋

16OH

－＝2CO32－＋12H2O正极:3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－方法点拨5、电极反应式的书写

燃料电池1.先写燃烧反应式,再写电池总反应式2.然后写正极反应式3.最后用电池总反应式减去正极反应式,所得就是负极反应式4.注意电极反应产物与电解质溶液离子是否反应,正确利用“三守恒”(2006重庆理综)铅蓄电池是典型的可充型电池，正负极板是惰性材料，电池总反应式：Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4＋2H2O请回答下列问题：放电时：正极的电极反应式是

电解液中H2SO4的浓度将变

；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加

g。

放电充电PbO2+2e－+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O；

（负极：Pb-2e－+SO42-=PbSO4

）变小48知识扫描5、电极反应式的书写（蓄电池）方法点拨5、电极反应式的书写可充电电池1.确定放电时为原电池2.放电时,发生氧化反应的物质为负极,发生还原反应的物质为正极3.注意电极反应产物与电解质溶液离子是否反应4.利用“三守恒”1、化学电池化学电池是将化学能转变为电能的装置。它主要包括一次电池、二次电池、燃料电池。一次电池（干电池）：活性物质消耗到一定程度，就不能使用；二次电池（充电电池或蓄电池）：放电后可以再充电使活性物质获得再生；燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。化学电源2、化学电池的分类化学电池一次电池二次电池燃料电池碱性锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池锂离子电池银锌蓄电池普通锌锰干电池锌银纽扣电池化学电源3、化学电源的组成正极：常选用金属氧化物负极：常选用较活泼金属与活性物质一起构成电极的添加剂一般有：导电剂、粘结剂、缓蚀剂等。电解液：高导电率，化学稳定性好、不易挥发、易于长期贮存隔膜：较高离子传输能力，较低电子导电能力，好的化学稳定性和一定的机械强度。化学电源4、衡量电池优劣的指标比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少，符号(W·h)/kg,(W·h)/L比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小，符号W/kg,W/L储存时间：电池的储存时间的长短除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，更适合使用者的需要。化学电源一、一次电池(又叫干电池)普通锌锰电池碱性电池

锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2

和H2O等1、普通干电池负极正极电池反应：（Zn）：Zn–2e-=Zn2+（MnO2和C）：优点：制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。2NH4++2MnO2+2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2OZn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O一次电池2、碱性锌-锰干电池电解质：KOH负极：——ZnZn+2OH--2e-

=Zn(OH)2正极：——MnO22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电电池反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2氢氧化氧锰一次电池3、锌银钮扣电池正极：Ag2O+H2O+

2e-=2Ag+2OH-负极：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH。总反应:Zn+Ag2O+H2O＝2Ag+Zn(OH)2一次电池4、锂电池锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。一次电池4、锂电池（非水有机溶剂电解液）负极：2Li-2e-=2Li+，正极：I2+2e-=2I-，总反应：2Li+I2=2LiI跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。一次电池二、二次电池1、铅蓄电池铅蓄电池是以平行排列的铅、铅锑合金或铅钙合金栅板为主架，栅格中交替地填充着负极和正极地铅和二氧化铅，电解质为H2SO4溶液。H2SO4二次电池特点：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，使活性物质可以获得再生。这类电池可反复多次使用。二次电池放电过程总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+SO42--2e-=PbSO4

正极：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O

氧化反应

还原反应负极：①放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程二次电池②充电过程PbSO4+2e-=Pb+SO42-

还原反应阴极：阳极：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-

氧化反应接电源负极接电源正极充电过程总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程：Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O放电充电二次电池缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉二次电池(白色沉淀)过程放电过程充电过程负极反应正极反应两电极质量硫酸溶液能量转换Pb(铅)→PbSO4(硫酸铅)PbO2→PbSO4增加硫酸浓度变小,密度变小化学能→电能PbSO4→

PbO2PbSO4(硫酸铅)→

Pb(铅)减少硫酸浓度变大,密度变大电能→化学能(负极)(正极)(电解液)电池反应Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O放电充电二次电池2.镍氢电池圆柱可充镍氢电池

方形可充镍氢电池

镍氢（MH-Ni)电池负极：1/2H2+OH--e-=H2O正极：NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-电池反应：1/2H2+NiOOHNi(OH)2

放电充电二次电池能量密度高；无镉污染，是一种绿色电池；可大电流快速充放电；电池工作电压为1.2V；在小型便携电子器件、电动工具、电动车辆和混合动力车上逐步得到应用。Ni/MH电池优点：二次电池3.锂离子电池电池式：电池反应：LiCoO2＋C6CoO2＋LiC6

二次电池锂离子电池的优越性能

相对于传统的镉镍电池(Ni/Cd)和氢镍电池(Ni/MH),锂离子电池的电压大约是它们的3倍;重量比能量密度提高了约3倍;对于同样的功率消耗，锂离子电池的使用期限约为镍镉电池的2.25~2.57倍.现在锂离子电池已经是电子信息产品设计人员的普通配置.1.工作电压高2.比能量大3.循环寿命长4.自放电率低5.无记忆效应6.污染小二次电池电池名称电压主要优缺点普通电池（锌锰电池）1.5V优点：使用方便，便宜。缺点：寿命、存放期短，约1.5年，不能充电。碱性锌锰电池1.5V优点：电容量大，使用寿命长。缺点:不能充电，价格较高。锌银纽扣电池1.5V优点：体积和质量都小，寿命长，约2年缺点：不能充电，价格高。镍镉电池1.3V优点：体积小，质量轻，寿命长，可充放电约3000次。缺点：价格高。铅蓄电池2V优点：电压稳，电容量大，可充电便宜。缺点：笨重，防震性差，不防漏部分主流产品供电基本原理、性能和相对价格二次电池一次电池一次电池二次电池三、燃料电池燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……）1、氢氧燃料电池酸性电解质：碱性电解质负极:2H2-4e-+4OH-==4H2O正极:O2+2H2O+4e-==4OH-总反应:2H2+O2==2H2O负极：2H2-4e-==4H+正极：O2+4H++4e-==2H2O总反应：2H2+O2==2H2O燃料电池燃料电池介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O

酸性负极正极中性负极

正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-燃料电池书写电极反应式应注意以下几点2．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在）；1．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；3．溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H+结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-；燃料电池2、铝-空气-海水电池

1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。

负极：4A1-12e-

＝4A13+

正极：3O2+6H2O+12e-

＝12OH-

电池总反应式：4A1+3O2+6H2O＝4A1(OH)3

这种海水电池比“干电池”的能量高20～50倍。燃料电池3、甲烷-氧燃料电池该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气:

负极：CH4+10OH--8e-

＝CO32-+7H2O

正极：2O2