原电池

高中化学原电池详解，其工作原理是将化学能转变为电能，实质：自发进行氧化还原反应。

原电池

• 燃料电池
  • H2
    • 酸性介质：H2-2e-==2H+
    • 碱性介质：H2+2OH-==2H2O
  • O2
    • 酸性介质：O2+4e-+4H+==2H2O
    • 碱性介质：O2+2e-+2H2O==4OH-
  • 总反应
    • H2+1/2O2==H2O
• 常见的燃料电池书写
  • 酸性条件负极生成H+,正极反应H+；碱性条件负极反应OH-,正极生成OH-
    • 甲烷
      • H2SO4溶液
        • 负极：CH4-8e-+2H2O==CO2+8H+
        • 正极：O2+4e-+2H+==2H2O
        • 总反应：CH4+2O2==CO2+3H2O
      • KOH溶液
        • 负极：CH4+8e-+10OH-==CO32-+7H2O
        • 正极：O2+4e-+2H2O==4OH-
        • 总反应：CH4+2O2+2KOH==K2CO3+3H2O
    • 乙醇
      • H2SO4溶液
        • 负极：C2H5OH+3H2O-12e-==12H++2CO32-
        • 正极：O2+4H++4e-==2H2O
        • 总反应：C2H5OH+3O2==2CO2+3H2O
      • KOH溶液
        • 负极：C2H5OH+16OH--12e-==2CO32-+11H2O
        • 正极：O2+2H2O+4e-==4OH-
        • 总反应：C2H5OH+3O2+4KOH==2K2CO3+5H2O
    • 苯
      • H2SO4溶液
        • 负极：C6H6+12H2O-3e-==6CO2+30H+
        • 正极：O2+4H++4e-==2H2O
        • 总反应：2C6H6+15O2==12CO2+6H2O
      • KOH溶液
        • 负极：C6H6+42OH--3e-==6CO32-+24H2O
        • 正极：O2+4e+2H2O==4OH-
        • 总反应：2C6H6+15O2+24KOH==12K2CO3+18H2O
• 常见的化学电池
  • 普通锌猛干电池
    • 负极材料:Zn 电极反应： Zn-2e=Zn²+
    • 正极材料:MnO₂、NH4Cl 电极反应： 2NH4++2MnO₂+2e-=2NH3↑+Mn₂O₃+H2O
    • 总反应:Zn+2MnO₂+2NH₄Cl═ZnCl₂+Mn₂O₃+2NH₃↑+H₂O
  • 碱性锌猛干电池
    • 负极材料:Zn 电极反应： Zn+20OH--2e-=Zn(OH)₂
    • 正极材料:MnO₂ 电极反应： 2MnO₂+2H₂O+2e-=2MnOOH+2OH-
    • 总反应:Zn+2MnO₂+2H₂O═2MnOOH+Zn(OH)₂
  • 纽扣式锌银电池
    • 负极材料:Zn 电极反应： Zn+2OH⁻-2e⁻═Zn(OH)₂
    • 正极材料:Ag₂O 电极反应:Ag₂O+H₂O+2e⁻=2Ag+2OH⁻
    • 总反应： :Zn+Ag₂O+H₂O═Zn(OH)₂+2Ag
  • 铅蓄电池
    • 负极材料:Pb 电极反应:Pb-2e⁻+SO²⁻=PbSO₄
    • 正极材料:PbO₂ 电极反应： PbO₂+2e⁻+SO²-+4H⁺=PbSO₄+2H₂O
    • 总反应： Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O( 人教版）
    • 总反应： Pb+PbO₂+2H₂SO₄=(可逆，上放电，下充电）2PbSO₄+2H₂O(苏教版)
• 工作原理
  • 将化学能转变为电能，实质：自发进行氧化还原反应
  • 电极反应式
    • 负极（氧化反应）：Zn-2e-==Zn2+
    • 正极（还原反应）:Cu2++2e-==Cu
    • 总反应：Zn+Cu2+==Zn2++Cu
  • 盐桥（装有琼脂和饱和KCl溶液）
    • 连接内路形成闭合回路
    • 平衡电荷，盐桥中K+向正极移动，Cl-向负极移动
    • 减少能量损耗
  • 正负极判断
    • 电子流向：负极经导线流向正极（溶液中无离子流动）
    • 电流流向：由正极出发经导线流回负极，形成闭合回路
    • 离子迁移方向：（正正负负）：阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移
    • 材料：一般活泼金属作负极，活泼性弱的或能导电非金属作正极
      • 较活泼金属是否会发生钝化，如Fe(Al)-浓硝酸-Cu原电池中，Fe,Al比Cu活泼，但Fe,Al会与浓硝酸钝化，故钝化后，Cu做正极
      • 较活泼金属是否与电解质溶液反应，如Al-NaOH溶液-Mg原电池中，Mg比Al活泼，但Mg不与NaOH溶液反应，故Al作负极，Mg作正极
    • 电极现象：一般电极逐渐溶解为负极，电极增重或有气体放出为正极
    • 电极反应：失去离子发生氧化反应的为负极，得到电子发生还原反应的为正极
    • 电解质溶液：能与电解质溶液反应的作负极，不与电解质反应的作正极