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1、原电池,原电池的定义,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。其中在负极发生氧化反应，正极发生还原化反应。,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。,原电池工作原理,原电 原电池 池是将一个能自发进行的氧化还原
2、反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，简易记法：负失氧，正得还。,原电池的电极的判断：,负极：电子流出的一极；化合价升高的一极；发生氧化反应的一极；活泼性相对较强（有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响）金属的一极。 正极：电子流入的一极；化合价降低的一极；发生还原反应的一极；相对不活泼（有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响）的金属或其它导体的一极。 在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。,原电池的判定：,（1）先分析有无外接电路，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然后依据原电池的形成
3、条件分析判断，主要是“四看”：看电极两极为金属或导电单质且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）；看溶液两极插入电解质中；看回路形成闭合回路或两极直接接触；看本质有无氧化还原反应。 （2）多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。,原电池应用,制造各种电池,原电池表示方法,原电 原电池 池的组成用图示表达，未免过于麻烦。为书写简便，原电池的装置常用方便而科学的符号来表示。其写法习惯上遵循如下几点规定：,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
4、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 原电池 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，CuZn原电池可用如下电池符号表示： （-）Zn(s)Zn2+
5、(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（+）,常见的原电池,常用原电池有锌锰干电池、锌汞电池、锌银扣式电池及锂电池等。,1 锌 原电池 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
6、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:(-) ZnNH4ClZnCl2MnO2 (+) 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：(-) ZnZnCl2M
7、nO2 (+) 总电池反应（长时间放电）： Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl22ZnO4H2O+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)+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
8、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480WhL-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。,原电池的形成条件,（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
9、中，自发的氧化还原反应。 （3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。,电极反应方程式的书写,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-+2
10、H2O=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。,备注：,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）。切记，电极周围只要消耗OH-，PH就减小，不会受“原电池中OH-（阴离子）向负极移动”的影
11、响。,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,1CuH2SO4Zn原电池 正极： 2H+ + 2e- H2 负极： Zn - 2e- Zn2+ 总反应式： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 2.CuFeCl3C原电池 正极： 2Fe3+ + 2e- 2Fe2+ 负极： Cu - 2e- Cu2+ 总反应式： 2Fe3+ + Cu =
12、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
13、- 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
14、) 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 +
15、 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 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,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
16、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
17、，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- +
18、 4H+ = 2H2O) 总反应为：2H2 + O2 = 2H2O。,盐桥,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。,谢谢观赏！,