原電池(原電池原理)

一、 概念和反應本質

原電池是把化學能轉化為電能的裝置，其反應本質是氧化還原反應。

二、原電池的構成

⒈ 構成條件

⑴ 有兩個活潑性不同的電極(常見為金屬或石墨)。

⑵ 將電極插入電解質溶液或熔融電解質中。

⑶ 兩電極間構成閉合回路(兩電極接觸或用導線連接)。

⒉ 構成條件三看

⑴ 一看反應：看是否有能自發進行的氧化還原反應發生(一般是活潑性強的金屬與電解質溶液反應)。

⑵ 二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極（金屬或非金屬導體，燃料電池的電極一般為惰性電極）。

⑶ 三看是否形成閉合回路。形成閉合回路需三個條件：

① 電解質溶液；

② 兩電極直接或間接接觸；

③ 兩電極插入電解質溶液中。

三、 原電池中的三個方向：

⒈ 電子方向：從負極流出沿導線流入正極；

⒉ 電流方向：從正極沿導線流向負極；

⒊ 離子的遷移方向:電解質溶液中,陰離子向負極遷移,陽離子向正極遷移。

電子流向的分析方法：改變條件，平衡移動；平衡移動，電子轉移；電子轉移，判斷區域；根據區域，判斷流向；根據流向，判斷電極。

四、工作原理

以Cu-Zn原電池為例

⒈ 鹽橋的組成:

鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。

⒉ 鹽橋的作用：

⑴ 連接內電路，形成閉合回路；

⑵ 平衡電荷，使原電池不斷產生電流。

⒊ 電極反應：

負極：Zn－2e－=Zn2+

正極：Cu2＋＋2e－=Cu

電池總反應：

CuSO4＋Zn=ZnSO4＋Cu

還原劑：Zn；氧化劑：CuSO4

⒋ 工作原理:

銅鋅電池是由一個插入CuSO4溶液中的銅電極組成的“半電池”和另一個插入ZnSO4溶液中的鋅電極組成的半電池所組成。兩個半電池以一個稱為“鹽橋”，倒置的U形管連接起來，管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊脂作成的凝膠。在原電池裝置中，電子由Zn負極經導線向Cu正極，陽離子Cu2+在正極上獲得電子；通過電路中的電子和溶液中的離子的移動而形成回路，傳導電流，這時，如果用導線將兩極連接，并且中間串聯一個電流計，電流計指針將發生偏轉，說明線路上有電流通過。

五、 與原電池原理有關的辨析

理解原電池的工作原理的注意點

⒈ 只有放熱的氧化還原反應才能通過設計成原電池將化學能轉化為電能。

⒉ 電解質溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同形成了一個完整的閉合回路。

⒊ 不論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質溶液。

⒋ 原電池負極失去電子的總數等于正極得到電子的總數。

⒌ 原電池閉合回路的形成有多種方式，可以是導線連接兩個電極，也可以是兩電極相接觸。

六、 特別說明

⒈ 在原電池裝置中，電子由負極經導線向正極，陽離子在正極上獲得電子，通過電路中的電子和溶液中的離子的移動而形成回路，傳導電流，電子并不進入溶液也不能在溶液中遷移。

⒉ 原電池將一個完整的氧化還原反應分為兩個半反應，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，一般將兩個電極反應中得失電子的數目寫為相同，相加便得到總反應方程式。

⒊ 陰離子要移向負極，陽離子要移向正極。這是因為：負極失電子，生成大量陽離子積聚在負極附近，致使該極附近有大量正電荷，所以溶液中的陰離子要移向負極；正極得電子，該極附近的陽離子因得電子生成電中性的物質而使該極附近帶負電荷，所以溶液中的陽離子要移向正極。

⒋ 當氧化劑得電子速率與還原劑失電子速率相等時，可逆反應達到化學平衡狀態，電流表指針示數為零；當電流表指針往相反方向偏轉，暗示電路中電子流向相反，說明化學平衡移動方向相反。

⒌ 不參與電極反應的離子從微觀上講發生移動，但從宏觀上講其在溶液中各區域的濃度基本不變。

⒍ 若有交換膜，離子可選擇性通過交換膜，如陽離子交換膜，陽離子可通過交換膜移向正極。

⒎ 若反應為可逆反應，改變條件，平衡移動方向改變時電流方向也改變，正、負極顛倒。