第四章电化学基础第一节原电池原电池及其工作原理1．概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2．构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。

(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。

3．工作原理(以铜—锌原电池为例)负极正极续表易错警示原电池工作原理中四个常见失分点的规避(1)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池，将化学能转化为电能。

(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。

(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。

(4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。

原电池正负极的判断方法说明：(1)活泼性强的金属不一定作负极，但在负极的电极上一定发生氧化反应。

(2)溶液中的离子不能通过盐桥。

(3)负极本身不一定参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料不参加反应，只起到了导电的作用。

原电池原理的四大应用1．比较金属活泼性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

2．加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。

例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。

3．设计制作化学电源(1)必须是能自发进行且放热的氧化还原反应。

(2)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。

(3)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(如溶解于溶液中的空气)。

但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子，这样可减少离子极化作用，便于电子和离子的移动，如在Cu－Zn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。

实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：例如：将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。

下列判断不正确的是()A ．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B ．反应开始时，甲中石墨电极上Fe 3＋被还原C ．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D ．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl 2固体，乙中的石墨电极为负极 答案 D4．用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护，这种方法叫做牺牲阳极的阴极保护法。

例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

化学电源1．分类2．一次电池 (1)碱性锌锰干电池负极材料：电极反应：正极材料：电极反应：总反应：Zn 222(2)银锌纽扣电池(电解质溶液为KOH 溶液) 负极材料：Zn ，电极反应：Zn －2e －＋2OH －===Zn(OH)2， 正极材料：Ag 2O ，电极反应：Ag 2O ＋2e －＋H 2O===2Ag ＋2OH －， 总反应：Zn ＋Ag 2O ＋H 2O===Zn(OH)2＋2Ag 。

3．二次电池(1)铅蓄电池(电解质溶液为30%H2SO4溶液)①放电时的反应负极反应：Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4，正极反应：PbO2＋2e－＋SO2－4＋4H＋===PbSO4＋2H2O，总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

电解质溶液的pH增大(填“增大”“减小”或“不变”)。

②充电时的反应阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4，总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。

(2)锂电池负极材料：锂，正极材料：石墨，电解质：LiAlCl4、SOCl2，放电时的反应：负极反应：8Li－8e－===8Li＋，正极反应：3SOCl2＋8e－===SO2－3＋2S＋6Cl－，总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。

4．燃料电池(1)氢氧燃料电池①氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。

(2)铝—空气—海水电池负极材料：铝片，正极材料：铂片，电解质溶液：海水，负极反应：4Al－12e－===4Al3＋，正极反应：3O2＋12e－＋6H2O===12OH－，总反应：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。

化学电源电极反应式的书写书写电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据得失守恒、质量守恒和电荷守恒写出反应式。

电极反应式书写的一般方法有：(1)拆分法①写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。

②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋负极：Cu－2e－===Cu2＋。

(2)加减法①写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。

②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。

如Li－e－===Li＋(负极)。

③利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。

燃料电池电极反应式的书写第一步：写出电池总反应式。

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。

如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②①式＋②式得燃料电池总反应式为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。

第二步：写出电池的正极反应式。

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，电解质溶液不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：a．酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

b．碱性或者中性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

c．固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－。

d．熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3。

第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。

电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。

可充电电池电极方程式的书写可充电电池有充电和放电两个过程，放电发生的是原电池反应，充电发生的是电解反应。

充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。

以铅蓄电池为例，该过程可结合图示分析。

由此可见，放电过程中，作为负极的Pb 需转化成PbSO 4，铅化合价升高，被氧化，Pb 为负极；当放电完毕时，可看作Pb 极转化成了PbSO 4，充电时需让PbSO 4转化为Pb ，铅的化合价降低，被还原，PbSO 4一极为阴极，所以，放电时的负极就是充电时的阴极，同理可分析放电时：Pb ＋4O 2(正极)―→Pb ＋2SO 4，充电时：Pb ＋2SO 4(阳极)―→Pb ＋4O 2，即放电时的正极就是充电时的阳极，如图。

即充电时电极的连接——正正负负原电池负极接 电源负极 原电池正极接电源正极锂离子电池充放电分析 常见的锂离子电极材料正极材料：LiMO 2(M ：Co 、Ni 、Mn 等) LiM 2O 4(M ：Co 、Ni 、Mn 等) LiMPO 4(M ：Fe 等)负极材料：石墨(能吸附锂原子) 负极反应：Li x C n －x e －===x Li ＋＋n C 正极反应：Li 1－x MO 2＋x Li ＋＋x e －===LiMO 2 总反应：Li 1－x MO 2＋Li x C n 放电充电n C ＋LiMO 2。

盐桥原电池的专题突破1．单池原电池和盐桥原电池的对比图1和图2两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。

负极：Zn －2e －===Zn 2＋正极：Cu 2＋＋2e －===Cu总反应：Zn ＋Cu 2＋===Cu ＋Zn 2＋不同点：图1中Zn 在CuSO 4溶液中直接接触Cu 2＋，会有一部分Zn 与Cu 2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。

图2中Zn 和CuSO 4溶液在两个池子中，Zn 与Cu 2＋不直接接触，不存在Zn 与Cu 2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。

关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。

2．盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。

(2)盐桥的作用：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。