原電池工作原理

原電池的工作原理

1．將化學能轉變為電能的裝置叫做原電池，它的原理是將氧化還原反應中還原劑失去的電

子經過導線傳給氧化劑，使氧化還原反應分別在兩極上進行。

2．原電池的形成條件：（如下圖所示）

（1）活潑性不同的電極材料（2）電解質溶液

（3）構成閉合電路（用導線連接或直接接觸）（4）自發進行的氧化還原反應

特別提醒：構成原電池的四個條件是相互聯系的，電極不一定參加反應，電極材料不一定都

是金屬，但應為導體，電解質溶液應合理的選取。

3．判斷原電池正負極常用的方法

負極：一般為較活潑金屬，發生氧化反應；是電子流出的一極，電流流入的一極；或陰離子

定向移動極；往往表現溶解。

正極：一般為較不活潑金屬，能導電的非金屬；發生還原反應；電子流入一極，電流流出

一極；或陽離子定向移向極；往往表現為有氣泡冒出或固體析出。

4．原電池電極反應式書寫技巧

（1）根據給出的化學方程式或題意，確定原電池的正、負極，弄清正、負極上發生反應的

具體物質

（2）弱電解質、氣體、難溶物均用化學式表示，其余以離子符號表示，寫電極反應式時，

要遵循質量守恒、元素守恒定律及正負極得失電子數相等的規律，一般用“=”而不用

“→”

（3）注意電解質溶液對正、負極反應產物的影響，正、負極產物可根據題意或化學方程式

加以確定

（4）正負電極反應式相加得到原電池的總反應式，通常用總反應式減去較易寫的電極反應

式，從而得到較難寫的電極反應式。

5.原電池原理的應用

（1）設計原電池（這是近幾年高考的命題熱點）

（2）加快了化學反應速率：形成原電池后，氧化還原反應分別在兩極進行，使反應速率增

大，例如：實驗室用粗鋅與稀硫酸反應制取氫氣；在鋅與稀硫酸反應時加入少量的CuSO

4

溶液，能使產生H

2

的速率加快

（3）進行金屬活動性強弱的比較

（4）電化學保護法：即金屬作為原電池的正極而受到保護，如在鐵器表面鍍鋅

六、化學電源

1.各類電池

（1）干電池（屬于一次電池）

①結構：鋅筒、填滿MnO

2

的石墨、溶有NH

4

Cl的糊狀物。

②電極反應負極：Zn-2e-=Zn2+正極：2NH

4

++2e-=2NH

3

+H

2

（2）鉛蓄電池（屬于二次電池、可充電電池）

①結構：鉛板、填滿PbO

2

的鉛板、稀H

2

SO

4

。

②A.放電反應負極：Pb-2e-+SO

4

2-=PbSO

4

正極：PbO

2

+2e-+4H++SO

4

2-=

PbSO

4

+2H

2

O

B.充電反應陰極：PbSO

4

+2e-=Pb+SO

4

2-陽極：PbSO

4

-2e-+2H

2

O=PbO

2

+4H++SO

4

2-

總式：Pb+PbO

2

+2H

2

SO

4

放電

===

充電

2PbSO

4

+2H

2

O

（3）鋰電池

①結構：鋰、石墨、固態碘作電解質。

②電極反應負極：2Li-2e-=2Li+正極：I

2

+2e-=2I-總式：2Li+I

2

=2LiI

（4）鋁、空氣燃料電池以鋁—空氣—海水電池為能源的新型海水標志燈已研制成功。這

種燈以取之不盡的海水為電解質溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而源源不斷產生電

流。電極反應：鋁是負極4Al-12e-==4Al3+；石墨是正極

3O

2

+6H

2

O+12e-==12OH-

2.燃料電池正極反應式的書寫

因為燃料電池，正極都是氧化劑氧氣得到電子的還原反應，現將與電解質有關的五種情況

歸納如下。

⑴電解質為酸性電解質溶液（如稀硫酸）正極反應式為O

2

＋4H++4e-=2H

2

O。

⑵電解質為中性或堿性電解質溶液（如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液）

正極反應式為O

2

＋2H

2

O+4e-=4OH-。

⑶電解質為熔融的碳酸鹽（如LiCO

3

和Na

2

CO

3

熔融鹽混和物）

在熔融的碳酸鹽環境中，正極反應式為O

2

＋2CO

2

+4e-=2CO

3

2-。

⑷電解質為固體電解質（如固體氧化鋯—氧化釔）

該固體電解質在高溫下可允許O2-離子在其間通過，故其正極反應式應為O

2

＋4e-=2O2-。

綜上所述，在書寫正極反應式時，要特別注意所給電解質的狀態和電解質溶液的酸堿性。

3.常見燃料電池電極反應式的書寫

（1）氫氧燃料電池

氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑（Pt）或石墨做電極材料，負極通入H

2

，正極通入O

2

，

總反應為：2H

2

+O

2

===2H

2

O電極反應特別要注意電解質，有下列三種情況：

a.電解質是KOH溶液（堿性電解質）

負極：H

2

–2e-+2OH—===2H

2

O正極：O

2

+H

2

O+4e-===OH—

b.電解質是H

2

SO

4

溶液（酸性電解質）

負極：H

2

–2e-===2H+正極：O

2

+4H++4e-===2H

2

O

c.電解質是NaCl溶液（中性電解質）

負極：H

2

–2e-===2H+(氧化反應)正極：O

2

+H

2

O+4e-===4OH—

說明:1、堿性溶液反應物、生成物中均無H+2、.水溶液中不能出現O2-

3、中性溶液反應物中無H+和OH-—4、酸性溶液反應物、生成物中均無OH-

(2)甲醇燃料電池

a.堿性電解質（鉑為兩極、電解液KOH溶液）

正極：3O

2

+12e-+6H

2

0===12OH-

負極：2CH

3

OH–12e-+16OH—===2CO

3

2-+12H

2

O

總反應方程式2CH

3

OH+3O

2

+4KOH===2K

2

CO

3

+6H

2

O

b.酸性電解質（鉑為兩極、電解液H

2

SO

4

溶液）

正極：3O

2

+12e--+12H+==6H

2

O（注：乙醇燃料電池與甲醇

負極：2CH

3

OH–12e-+2H

2

O==12H++2CO

2

燃料電池原理基本相同）

總反應式2CH

3

OH+3O

2

===2CO

2

+4H

2

O

（3）CO燃料電池（總反應方程式均為：2CO＋O

2

＝2CO

2

）

a.熔融鹽（鉑為兩極、Li

2

CO

3

和Na

2

CO

3

的熔融鹽作電解質，CO為負極燃氣，空氣與C

O2的混合氣為正極助燃氣）

正極：O

2

＋4e-＋2CO

2

＝2CO

3

2--負極：2CO＋2CO

3

2-–4e-==4CO

2

b.酸性電解質（鉑為兩極、電解液H

2

SO

4

溶液）

正極：O

2

+4e--+4H+==2H

2

O負極：2CO–4e-+2H

2

O==2CO

2

+

4H+

(4)肼燃料電池（鉑為兩極、電解液KOH溶液）

正極：O

2

+2H

2

O+4e-==4OH—負極：N

2

H

4

+4OH—--4e-==

N

2

+4H

2

O

總反應方程式N

2

H

4

+O

2

===N

2

+2H

2

O

(5)甲烷燃料電池

a．堿性電解質（鉑為兩極、電解液KOH溶液）

正極：2O

2

+2H

2

O+8e-==8OH—負極：CH

4

+10OH—--8e-==CO

3

2-+7H

2

O

總反應方程式CH

4

+2KOH+2O

2

===K

2

CO

3

+3H

2

O

b.酸性電解質（鉑為兩極、電解液H

2

SO

4

溶液）

正極：2O

2

+8e-+8H+==4H

2

O負極：CH

4

--8e-+2H

2

O==8H+

+CO

2

總反應方程式CH

4

+2O

2

===CO

2

+2H

2

O

(6)丙烷燃料電池（鉑為兩極、正極通入O

2

和CO

2

、負極通入丙烷、電解液有三種）

a.電解質是熔融碳酸鹽（K

2

CO

3

或Na

2

CO

3

）總反應方程式C

3

H

8

+5O

2

===3CO

2

+

4H

2

O

正極：5O

2

+20e-+10CO

2

==10CO

3

2-負極：C

3

H

8

--20e-+10CO

3

2-==3C

O

2

+4H

2

O

b.酸性電解質（電解液H

2

SO

4

溶液）總反應方程式C

3

H

8

+5O

2

===3CO

2

+4H

2

O

正極：5O

2

+20e-+26H+==10H

2

O負極：C

3

H

8

--20e-+6H

2

O==3C

O

2

+20H+

c.堿性電解質（鉑為兩極、電解液KOH溶液）

正極：5O

2

+20e-+10H

2

O==20OH—負極：C

3

H

8

--20e-+26OH—==3CO

3

2

-+17H

2

O

總反應方程式C

3

H

8

+5O

2

+6KOH===3K

2

CO

3

+7H

2

O

（7）乙烷燃料電池（鉑為兩極、電解液KOH溶液）

正極：7O

2

+28e-+14H

2

O==28OH—負極：2C

2

H

6

--28e-+36OH—==4CO

3

2-

+24H

2

O

總反應方程式2C

2

H

6

+7O

2

+8KOH===4K

2

CO

3

+10H

2

O

七、電解原理及規律

⒈電極的判斷與電極上的反應。

（1）陽極：與電源正極相連的電極，是發生氧化反應；若惰性材料（石墨、Pt、Au）作

陽極，失電子的是溶液中的陰離子；若為活性金屬電極（Pt、Au除外），失電子的是

電極本身，表現為金屬溶解。

（2）陰極：是與電源負極相連的電極，電極本身不參與反應；溶液中的陽離子在陰極上得

電子，發生還原反應。

⒉電流或電子的流向：電解池中電子由電源負極流向陰極，被向陰極移動的某種陽離子獲得，

而向陽極移動的某種陰離子或陽極本身在陽極上失電子，電子流向電源正極。

⒊離子的放電順序：主要取決于離子本身的性質，也與溶液濃度、溫度、電極材料等有關。

（1）陰極（得電子能力）：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>（H+）

Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+，但應注意，電鍍時通過控制條件（如離子濃度等），Fe2+

和Zn2+可先于H+放電。

（2）陽極（失電子能力）：若陽極材料為活性電極（Pt、Au除外），則電極本身失去電子，

而溶液中的陰離子不參與電極反應；若陽極材料為惰性電極，則有S2－>I－>Br－>Cl－>

OH－>含氧酸根離子及F－等。

4．酸、堿、鹽溶液電解規律（惰性電極）

5．原電池、電解池、電鍍池的判斷

（1）若無外接電源，可能是原電池，然后根據原電池的形成條件判斷

（2）若有外接電源，兩極插入電解質溶液中，則可能是電解池或電鍍池，當陽極金屬與電

解質溶液中的金屬離子相同，則為電鍍池

（3）若無明顯外接電源的串聯電路，則應利用題中信息找出能發生自發氧化還原反應的裝

置為原電池。

（4）可充電電池的判斷：放電時相當于原電池，負極發生氧化反應，正極發生還原反應；

充電時相當于電解池，放電時的正極變為電解池的陽極，與外電源正極相連，負極變為

陰極，與外電源負極相連。