原電池的構(gòu)成條件

原電池的構(gòu)成條件原電池的形成條件是利用兩個電極之間金屬性的不同，產(chǎn)生電勢差，從而使電子的流動，產(chǎn)生電流.又稱非蓄電池，是電化電池的一種，其電化反應不能逆轉(zhuǎn)，即是只能將化學能轉(zhuǎn)換為電能，簡單說就即是不能重新儲存電力，與蓄電池相對。定義在高中階段來說，原電池是將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。其原理也是通過化學反應（在正負極發(fā)生不同的氧化還原反應）使閉合電路中產(chǎn)生電子流，從而產(chǎn)生電流的。其中在正極發(fā)生還原反應，負極發(fā)生氧化反應。概述原電池是將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。所以，根據(jù)定義，普通的干電池、燃料電池都可以稱為原電池。組成原電池的基本條件：1.將兩種活潑性不同的金屬（或?qū)щ妴钨|(zhì)）（Pt和石墨為惰性電極，即本身不會得失電子）（一種是相對較活潑金屬一種是相對較不活潑金屬）2.用導線連接后插入電解質(zhì)溶液中，形成閉合回路。3.要發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應。原電池工.原電池的工作原理原電池反應屬于放熱的氧化還原反應，但區(qū)別于一般的氧化還原反應的是，電子轉(zhuǎn)移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的，而是還原劑在負極上失電子發(fā)生氧化反應，電子通過外電路輸送到正極上，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應，從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉(zhuǎn)移。兩極之間溶液中離子的定向移動和外部導線中電子的定向移動構(gòu)成了閉合回路，使兩個電極反應不斷進行，發(fā)生有序的電子轉(zhuǎn)移過程，產(chǎn)生電流，實現(xiàn)化學能向電能的轉(zhuǎn)化。從能量轉(zhuǎn)化角度看，原電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；從化學反應角度看，原電池的原理是氧化還原反應中的還原劑失去的電子經(jīng)導線傳遞給氧化劑，使氧化還原反應分別在兩個電極上進行。原電池的構(gòu)成條件有三個：電極材料由兩種金屬活動性不同的金屬或由金屬與其他導電的材料(非金屬或某些氧化物等)組成。兩電極必須浸泡在電解質(zhì)溶液中。兩電極之間有導線連接，形成閉合回路。只要具備以上三個條件就可構(gòu)成原電池。而化學電源因為要求可以提供持續(xù)而穩(wěn)定的電流，所以除了必須具備原電池的三個構(gòu)成條件之外，還要求有自發(fā)進行的氧化還原反應。也就是說，化學電源必須是原電池，但原電池不一定都能做化學電池。形成前提：總反應為自發(fā)的氧化還原反應電極的構(gòu)成：活潑性不同的金屬一鋅銅原電池，鋅作負極，銅作正極；金屬和非金屬（非金屬必須能導電）一鋅鎰干電池，鋅作負極，石墨作正極；金屬與化合物一鉛蓄電池，鉛板作負極，二氧化鉛作正極；d.惰性電極一氫氧燃料電池，電極均為鉗。電解液的選擇：電解液一般要能與負極材料發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應。原電池正負極判斷：負極發(fā)生氧化反應，失去電子；正極發(fā)生還原反應，得到電子。電子由負極流向正極，電流由正極流向負極。溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負極電極反應方程式的書寫［回目錄］負極：活潑金屬失電子，看陽離子能否在電解液中大量存在。如果金屬陽離子不能與電解液中的離子共存，則進行進一步的反應。例：甲烷燃料電池中，電解液為KOH,負極甲烷失8個電子生成C02和H20,但C02不能與0H-共存，要進一步反應生成碳酸根。正極：①當負極材料能與電解液直接反應時，溶液中的陽離子得電子。例：鋅銅原電池中，電解液為HC1,正極H+得電子生成H2。②當負極材料不能與電解液反應時，溶解在電解液中的02得電子。如果電解液呈酸性，02+4e-+4H+=2H20；如果電解液呈中性或堿性，02+4e-+2H20=40H-。特殊情況:Mg-Al-NaOH,Al作負極。負極：Al-3e-+40H-二二A102-+2H20；正極：2H20+2e-二二H2t+20H-Cu-Al-HN03,Cu作負極。注意：Fe作負極時，氧化產(chǎn)物是Fe2+而不可能是Fe3+；M(N2H4)和NH3的電池反應產(chǎn)物是H20和N2無論是總反應，還是電極反應，都必須滿足電子守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒。pH變化規(guī)律電極周圍：消耗OH-(H+),則電極周圍溶液的pH減小(增大)；反應生成0H-(H+),則電極周圍溶液的pH增大(減小)。溶液：若總反應的結(jié)果是消耗OH-(H+),則溶液的pH減小(增大)；若總反應的結(jié)果是生成0H-(H+),則溶液的pH增大(減小)；若總反應消耗和生成OH-(H+)的物質(zhì)的量相等，則溶液的pH由溶液的酸堿性決定，溶液呈堿性則pH增大，溶液呈酸性則pH減小，溶液呈中性則pH不變。常用原電池方程式［回目錄］Cu—H2S04—Zn原電池正極：2H++2e-—H2t負極：Zn-2e_fZn2+總反應式：Zn+2H+二二Zn2++H2tCu—FeC13—C原電池正極：2Fe3++2e-—2Fe2+負極：Cu-2e~fCu2+總反應式：2Fe3++Cu二二2Fe2++Cu2+鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕正極：02+2H20+4e-—40H-負極：2Fe-4e_f2Fe2+總反應式：2Fe+02+2H20二二2Fe（0H）2氫氧燃料電池（中性介質(zhì)）正極：02+2H20+4e-—40H-負極：2H2-4e-+40H-—4H20總反應式：2H2+02二二2H20氫氧燃料電池（酸性介質(zhì)）正極：02+4H++4e-—2H20負極：2H2-4e-—4H+總反應式：2H2+02二二2H20氫氧燃料電池(堿性介質(zhì))正極：02+2H20+4e-—40H-負極：2H2-4e-+40H-—4H20總反應式：2H2+02二二2H20鉛蓄電池(放電)正極(PbO2):PbO2+2e-+S042-+4H+—PbS04+2H20負極(Pb):Pb-2e-+(S04)2-^PbS04總反應式：Pb+PbO2+4H++2(S04)2-二二2PbS04+2H208.Al—NaOH—Mg原電池正極：6H20+6e-—3H2t+60H-負極：2A1-6e-+80H-—2A102-+4H20總反應式：2A1+20H-+2H20=2A102-+3H2CH4燃料電池(堿性介質(zhì))正極：202+4H20+8e--80H-負極：CH4-8e-+100H-—(C03)2-+7H20總反應式：CH4+202+20H-二二(C03)2-+3H20熔融碳酸鹽燃料電池(Li2C03和Na2C03熔融鹽作電解液，C0作燃料)：正極：02+2C02+4e--2(C03)2-(持續(xù)補充C02氣體)負極：2C0+2(C03)2--4e--4C02總反應式：2C0+02二二2C02銀鋅紐扣電池(堿性介質(zhì))正極(Ag20):Ag20+H20+2e-—2Ag+20H-負極(Zn):Zn+20H--2e-—ZnO+H20總反應式：Zn+Ag20二二ZnO+2Ag堿性鋅鎰電池(KOH介質(zhì))正極(Mn02):2Mn02+2H20+2e-—2Mn00H+20H-負極(Zn):Zn+20H--2e-—Zn(OH)2總反應式：Zn+2Mn02+2H20—2Mn00H+Zn(OH)2蓄電池蓄電池在放電過程中屬于原電池反應。這類電極反應都有電解質(zhì)溶液參與，如果能分析清楚電解質(zhì)溶液是否參與電極反應，那么負極的電極反應式和正極的電極反應式的書寫就可迎刃而解了?，F(xiàn)以鉛酸蓄電池為例來分析電極反應式的書寫方法。鉛酸蓄電池的總反應為：Pb+PbO2+H2S04二2PbS04+2H20根據(jù)原電池的工作原理分析，負極失去電子發(fā)生氧化反應，可知：Pb-2e-二Pb2+①，生成的Pb2+進入電解質(zhì)溶液中，Pb2+與溶液中的S042-不能共存，要繼續(xù)反應生成PbS04,艮"Pb2++S042-二PbS04②，因此在原電池的負極反應式為①+②即：Pb-2e-+S042-=PbS04；正極是得電子發(fā)生還原反應的一極，則有；PbO2+2e-二Pb2++202-①，Pb2+和02-進入溶液中，由于電解質(zhì)溶液是H2S04溶液，02-在酸性環(huán)境中，不能單獨存在，可供02-結(jié)合的微粒由H+和H20,02-在酸性環(huán)境中優(yōu)先結(jié)合H+生成H20,這樣在正極發(fā)生的反應有：4H++202-二2H20②；Pb2++S042-二PbS04③根據(jù)以上分析可知正極反應式為①+②+③即：PbO2+2e-+S042+4H+二PbS04+2H20。(注意：在電極反應式中應遵循電荷守恒和質(zhì)量守恒；在負極反應式與正極反應式相加求總反應時要注意得失電子數(shù)要相等。)再如：Ag—Zn高能電池(鈕扣電池)由Ag20、Zn及KOH溶液組成。總反應為：Zn+Ag2O+H20二Zn(OH)2+2Ag根據(jù)原電池原理可知：Zn做負，Ag2O做正極，電解質(zhì)溶液為KOH溶液。負極極失去電子發(fā)生氧化反應，則負極反應為：Zn-2e-二Zn2+,Zn2+進入溶液后又與溶液中的OH-反應Zn2++20H-二Zn(OH)2O所以負極反應為：Zn-2e-+20H-二Zn(OH)2；正極為Ag20得到電子發(fā)生還原反應，即Ag2O+2e-二2Ag+02-02-在中性或堿性環(huán)境中也不能單獨存在，只能結(jié)合H20生成0H-,故在中性或堿性條件下02-+H20二20H-,所以正極反應式為：Ag20+2e-+H20二2Ag+20H-。電解飽和食鹽水陽極（失電子）：2d-2e-二二C12氧化反應，產(chǎn)物氯氣，現(xiàn)象：不斷有氯氣放出陰極（得電子）：2H++2e二二H2還原反應，產(chǎn)生氫氣，現(xiàn)象：不斷有氫氣放出，燃料電池［回目錄］燃料電池是一種不經(jīng)燃燒，將燃料的化學能經(jīng)過電化學反應直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，它和其他電池中的氧化還原反應一樣，都是自發(fā)的化學反應，不會發(fā)出火焰，其化學能可以直接轉(zhuǎn)化為電能的一種電池。所有的燃料電池的工作原理都是一樣的，其電極反應的書寫同樣是有規(guī)律可循的。一般燃料電池發(fā)生的電化學反應的最終產(chǎn)物與燃燒產(chǎn)物相同，可根據(jù)燃燒反應寫出總的電池反應，但不注明反應的條件。負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，不過要注意一般電解質(zhì)溶液要參與電極反應?，F(xiàn)以氫氧燃料電池為例進行說明：氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉗（Pt）做電極材料，負極通入H2,正極通入02,電解質(zhì)溶液通常選用K0H。在負極上氫氣失去電子變成H+進入溶液，H+又與溶液中的0H-繼續(xù)反應生成H20,因此在負極發(fā)生的反應為H2-2e-二2H+,H++20H-二H20,所以：負極的電極反應式為：2H2-4e-+40H-二4H20；正極是02得到電子，艮"02+4e-二202-,02-在堿性條件下不能單獨存在,只能結(jié)合H20生成0H-即：02-+H20二20H-,因此：正極反應式為：02+2H20+4e-二40H-。總反應為：2H2+02二2H20o注意：若在酸性條件下，負極反應式為：2H2~4e_二4H+正極反應式為：02+4H++4e-二2H20(02+4e-二202-,202-+4H+二2H20)總反應為：2H2+02二2H20o鹽橋［回目錄］如Cu-Zn原電池中以KC1溶液做電解質(zhì)KCl在這個裝置中稱為鹽橋。鹽橋的作用僅僅是導電【相當于導線的作用】，將兩個燒杯形成閉合回路，否則就相當于斷開，而鹽橋的導電是利用了其中的陰陽離子的定向移動。