高中化學(xué)原電池入門

電化學(xué)知識是以電解質(zhì)溶液為載體，以氧化還原反應(yīng)為核心，原電池的負(fù)極和

電解池的陽極是氧化極，原電池的正極和電解池的陰極是還原極。

第一類原電池，如銅鋅原電池，其組成條件有三條：

(1)兩個(gè)活潑性不同的電極(金屬與金屬、金屬與石墨碳棒、金屬與難溶金屬

氧化物);

(2)電解質(zhì)溶液，至少要能與一個(gè)電極發(fā)生有電子轉(zhuǎn)移的氧化還原反應(yīng)，一

般是置換反應(yīng)；

(3)兩電極插入電解質(zhì)溶液中且用導(dǎo)線連接。這種原電池中，較活潑的金屬

作負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極材料失去電子被氧化，形成陽高子進(jìn)入溶液；較

不活潑的金屬作正極，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，溶液中原有的陽離子在正極上得到電

子被還原，析出金屬或氫氣，正極材料不參與反應(yīng)。電子總是從負(fù)極沿著導(dǎo)線流入

正極。

因此，原電池現(xiàn)象是“負(fù)極下，正極上，電子就在中間轉(zhuǎn)”。其特點(diǎn)是金屬電

極與電解質(zhì)溶液之間存在自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

例1.某原電池的總反應(yīng)是Zn+Cu2+=Zn2-+Cu,該原電池的正確組成

是()

A.B.C.D.

正極ZnCuZnCu

負(fù)極CuZnCuZn

電解質(zhì)溶液CuChCuCl2ZnCl2ZnCl2

解析：從總反應(yīng)可知，Zn失去電子，且Zn比Cu活潑，Zn應(yīng)為負(fù)極。這是正

規(guī)原電池，負(fù)極要能與電解質(zhì)溶液發(fā)生置換反應(yīng)，只能用CuCk,故應(yīng)選B。

第二類原電池的構(gòu)成條件是：

(1)兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極；

(2)任何電解質(zhì)溶液(酸、堿、鹽皆可)；

(3)形成回路。

這類原電池的特點(diǎn)是電極與電解質(zhì)溶液不發(fā)生置換反應(yīng)，電解質(zhì)溶液只起導(dǎo)電

作用。其正極反應(yīng)一般是吸氧腐蝕的電極反應(yīng)式：02+2H:!0+4e=40H，

電化學(xué)腐蝕依然是原電池原理，分為析氫腐蝕(發(fā)生在酸性較強(qiáng)的溶液里，正

極上H.還原)和吸氧腐蝕(發(fā)生在中性、堿性或極弱酸性溶液里，正極上是氧氣被

還原：02+21120+4e=40ID?

例2.把鐵釘和碳棒用銅線聯(lián)接后，浸入0.01mol/L的食鹽溶液中，可能發(fā)生

的現(xiàn)象是()

A.碳棒上放出氯氣B.碳棒近旁產(chǎn)生0廠

C.碳棒上放出氧氣D.鐵釘上放出氨氣E.鐵釘被氧化

解析：由于Fe不與食鹽溶液反應(yīng)，屬第二類原電池，溶液為中性，故發(fā)生吸

氧腐蝕的反應(yīng)。鐵釘是負(fù)極，鐵被氧化，F(xiàn)e-2e=FeJ碳棒上：02+2H20+

4e=40H-,應(yīng)選B、E。

例3.有人設(shè)計(jì)以Pt和Zn為電極材料，埋入人體內(nèi)作為某種心臟病人的心臟

起博器的能源。它依靠人體內(nèi)體液中含有一定濃度的溶解氧、H'和Z產(chǎn)進(jìn)行工作。

請寫出兩極反應(yīng)的方程式。

正極，負(fù)極。

解析：Pt、Zn和人體體液應(yīng)構(gòu)成第二類原電池，Zn為負(fù)極，其電極反應(yīng)為：Zn

—2e==Zn",Pt為正極，發(fā)生吸氧腐蝕的反應(yīng)，02+2H20+4e=40FT,但由于

體液中有1「，產(chǎn)生的3廠將與反應(yīng)生成水，正極反應(yīng)即為上述兩反應(yīng)之和：

-

02+2H20+4e==40H

40IF+4ir==4H20

+

02+4H+4e==2H2O

綜上所述：用導(dǎo)線連接或直接接觸的任何兩種活潑性不同的金屬（其中一種可為

碳棒），只要其中一種是比Pt、Au活潑的金屬，與任何電解質(zhì)溶液接觸均可構(gòu)成原

電池。原電池中，較活潑的金屬作為負(fù)極；有的電解質(zhì)溶液未參加反應(yīng)，只是增加

了溶液的導(dǎo)電性。

常見化學(xué)電源有以下幾種，一次電池包括鋅鐳電池、堿性鋅鎰電池、鋅銀電池;

充電電池包括鉛蓄電池、銀鎘電池；燃料電池包括氫氧燃料電池、甲烷電池。

一、一次電池

電解質(zhì)NH4CL

反應(yīng)原理

Zn+2MnO2+2NH4CI=Mn2O3+ZnCl2+2NH3t+H2O

負(fù)極（Zn）：Zn-2e=Zn2+

+

正極（MnO2和C）：2MnO2+2NH4+2e=Mn2O3+2NH3T+H2O

2.堿性鋅鎰電池，為了延長電池壽命，提高性能，將普通鋅鎰電池中電解質(zhì)氯化

鏤換為氫氧化鉀，負(fù)極材料Zn,正極材料MnC>2,電解質(zhì)KOH。

反應(yīng)原理

Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2

負(fù)極(Zn)：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2

正極(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e=2MnO(OH)+2OH-

3.鋅銀電池(紐扣電池)，電池體積下，比能量大、電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長。負(fù)

極材料Zn,正極材料Ag2。，電解質(zhì)KOH。

反應(yīng)原理

Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

負(fù)極(Zn)：Zn+2OH-2e=Zn(OH)2

正極(Ag2O)：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH

二、充電電池(二次電池)

二次電池在放電時(shí)是原電池，遵循原電池工作原理；在充電時(shí)是電解池，遵循電

解原理；給二次電池充電充電時(shí)，外加電源的負(fù)極連接電池的負(fù)極。

1、鉛蓄電池，最常見的二次電池，負(fù)極板材料Pb,正極板材料PbO2,電解質(zhì)

材料H2so4。

電池總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2so4充電2Pbsc>4+2H2。

放電反應(yīng)：

2

負(fù)極(Pb)：Pb-2e+SO4=PbSO4

+2

正極(PbO2)：PbO2+2e-+4H+SO4=PbSO4+2H2O

鉛蓄電池可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉。但比能量低、

笨重、廢棄電池污染環(huán)境等。其它二次電池：銀鎘電池、銀氫電池、鋰離子電池、聚

合物鋰離子蓄電池等一系列新型蓄電池已逐漸占領(lǐng)二次電池的市場。

2、銀鎘電池，體積較小，壽命更長。負(fù)極材料Cd,正極材料Ni。(OH),電

解質(zhì)KOH,

.放電,

電池總反應(yīng):“充電2Ni(OH)2+Cd(OH)2

Cd+2NiO(OH)+2H2O

放電反應(yīng)：

負(fù)極(Cd):Cd+2OH-?Cd(OH)2+2e

正極(NiO(OH))：2NiO(OH)+2e+2H20T2Ni(OH)2+2OH-

總反應(yīng)：Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2

綜上所述：分析一般化學(xué)電池工作原理的關(guān)鍵在于總反應(yīng)和負(fù)極反應(yīng)。

三、燃料電池

燃料電池是以還原劑(氫氣、燒類、甲醇等)為負(fù)極反應(yīng)物，以氧化劑(氧氣、

空氣)為正極反應(yīng)物，將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電池。

1.氫氧燃料電池，負(fù)極氫氣為還原劑，正極氧氣為氧化劑，伯做電極。

反應(yīng)原理：2H2+O2=2H2。

①以酸性(或中性)溶液為電解液構(gòu)成的氫氧燃料電池：

+

負(fù)極(Pt)：2H2-4e=4H；

正極(Pt)：O2+