高一化学化学能与电能

2.2 化学能与电能

一、原电池原理

（1）概念：把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。

（2）工作原理：通过氧化还原反应（有电子的转移）把化学能转变为电能。

（3）构成原电池的条件：（1）电极为导体且活泼性不同；（2）两个电极接触（导线连接或直接接触）；（3）两个相互连接的电极插入电解质溶液构成闭合回路。(4)有能自发进行的氧化还原反应。

（4）电极名称及发生的电极反应：

负极：较活泼的金属作负极，负极发生氧化反应，

电极反应式：较活泼金属－ne－＝金属阳离子

负极现象：负极溶解，负极质量减少。

正极：较不活泼的金属或石墨作正极，正极发生还原反应，

电极反应式：溶液中阳离子＋ne－＝单质

正极的现象：一般有气体放出或正极质量增加。

（5）原电池正负极的判断方法：

①依据原电池两极的材料：

较活泼的金属作负极（K、Ca、Na太活泼，不能作电极）；

较不活泼金属或可导电非金属（石墨）、氧化物（MnO2）等作正极。

②根据电流或电子流向：（外电路）的电流由正极流向负极；电子则由负极经外电路流向原电池的正极。

③根据内电路离子的迁移方向：阳离子流向原电池正极，阴离子流向原电池负极。

④根据原电池中的反应类型：

负极：失电子，发生氧化反应，现象通常是电极本身消耗，质量减小。

正极：得电子，发生还原反应，现象是常伴随金属的析出或H2的放出。

（6）原电池电极反应注意事项：

①原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，负极反应是氧化反应，正极反应是还原反应；

②质量守恒；

③正负极得失电子数一定要想等。

二、原电池原理的应用

1．加快氧化还原反应的速率

例如：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。

2．比较金属活动性强弱

例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。

3．用于金属的防护

将要保护的金属设计成原电池的正极，得到保护。例如：在钢（铁）闸门上连接上锌块，由于锌比铁活泼，可使钢闸门受到保护。

4. 判断金属腐蚀的快慢

（1）原电池腐蚀＞化学腐蚀＞有防护的腐蚀

（2）对同意金属来说，金属腐蚀的快慢：离子浓度大的电解质溶液＞离子浓度小的电解质溶液＞非电解质溶液

（3）活动性不同的两金属，活动性差别越大，腐蚀越快

5．原电池的设计

设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：

（1）首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应；

（2）根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液。

①电极材料的选择

在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应。

②电解质溶液的选择

电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸铜构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。

（3）按要求画出原电池装置图。

三、化学电源基本类型：

①干电池：活泼金属作负极，被腐蚀或消耗。如：Cu－Zn原电池、锌锰电池。

②充电电池：两极都参加反应的原电池，可充电循环使用。如铅蓄电池、锂电池和银锌电池等。

③燃料电池：两电极材料均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如

H2、O2燃料电池。