原电池工作原理

原电池的工作原理

1．将化学能转变为电能的装置叫做原电池，它的原理是将氧化还原反应中还原剂失去的电

子经过导线传给氧化剂，使氧化还原反应分别在两极上进行。

2．原电池的形成条件：（如下图所示）

（1）活泼性不同的电极材料（2）电解质溶液

（3）构成闭合电路（用导线连接或直接接触）（4）自发进行的氧化还原反应

特别提醒：构成原电池的四个条件是相互联系的，电极不一定参加反应，电极材料不一定都

是金属，但应为导体，电解质溶液应合理的选取。

3．判断原电池正负极常用的方法

负极：一般为较活泼金属，发生氧化反应；是电子流出的一极，电流流入的一极；或阴离子

定向移动极；往往表现溶解。

正极：一般为较不活泼金属，能导电的非金属；发生还原反应；电子流入一极，电流流出

一极；或阳离子定向移向极；往往表现为有气泡冒出或固体析出。

4．原电池电极反应式书写技巧

（1）根据给出的化学方程式或题意，确定原电池的正、负极，弄清正、负极上发生反应的

具体物质

（2）弱电解质、气体、难溶物均用化学式表示，其余以离子符号表示，写电极反应式时，

要遵循质量守恒、元素守恒定律及正负极得失电子数相等的规律，一般用“=”而不用

“→”

（3）注意电解质溶液对正、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或化学方程式

加以确定

（4）正负电极反应式相加得到原电池的总反应式，通常用总反应式减去较易写的电极反应

式，从而得到较难写的电极反应式。

5.原电池原理的应用

（1）设计原电池（这是近几年高考的命题热点）

（2）加快了化学反应速率：形成原电池后，氧化还原反应分别在两极进行，使反应速率增

大，例如：实验室用粗锌与稀硫酸反应制取氢气；在锌与稀硫酸反应时加入少量的CuSO

4

溶液，能使产生H

2

的速率加快

（3）进行金属活动性强弱的比较

（4）电化学保护法：即金属作为原电池的正极而受到保护，如在铁器表面镀锌

六、化学电源

1.各类电池

（1）干电池（属于一次电池）

①结构：锌筒、填满MnO

2

的石墨、溶有NH

4

Cl的糊状物。

②电极反应负极：Zn-2e-=Zn2+正极：2NH

4

++2e-=2NH

3

+H

2

（2）铅蓄电池（属于二次电池、可充电电池）

①结构：铅板、填满PbO

2

的铅板、稀H

2

SO

4

。

②A.放电反应负极：Pb-2e-+SO

4

2-=PbSO

4

正极：PbO

2

+2e-+4H++SO

4

2-=

PbSO

4

+2H

2

O

B.充电反应阴极：PbSO

4

+2e-=Pb+SO

4

2-阳极：PbSO

4

-2e-+2H

2

O=PbO

2

+4H++SO

4

2-

总式：Pb+PbO

2

+2H

2

SO

4

放电

===

充电

2PbSO

4

+2H

2

O

（3）锂电池

①结构：锂、石墨、固态碘作电解质。

②电极反应负极：2Li-2e-=2Li+正极：I

2

+2e-=2I-总式：2Li+I

2

=2LiI

（4）铝、空气燃料电池以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功。这

种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断产生电

流。电极反应：铝是负极4Al-12e-==4Al3+；石墨是正极

3O

2

+6H

2

O+12e-==12OH-

2.燃料电池正极反应式的书写

因为燃料电池，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，现将与电解质有关的五种情况

归纳如下。

⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）正极反应式为O

2

＋4H++4e-=2H

2

O。

⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）

正极反应式为O

2

＋2H

2

O+4e-=4OH-。

⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO

3

和Na

2

CO

3

熔融盐混和物）

在熔融的碳酸盐环境中，正极反应式为O

2

＋2CO

2

+4e-=2CO

3

2-。

⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇）

该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O

2

＋4e-=2O2-。

综上所述，在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。

3.常见燃料电池电极反应式的书写

（1）氢氧燃料电池

氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H

2

，正极通入O

2

，

总反应为：2H

2

+O

2

===2H

2

O电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况：

a.电解质是KOH溶液（碱性电解质）

负极：H

2

–2e-+2OH—===2H

2

O正极：O

2

+H

2

O+4e-===OH—

b.电解质是H

2

SO

4

溶液（酸性电解质）

负极：H

2

–2e-===2H+正极：O

2

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

2

O

c.电解质是NaCl溶液（中性电解质）

负极：H

2

–2e-===2H+(氧化反应)正极：O

2

+H

2

O+4e-===4OH—

说明:1、碱性溶液反应物、生成物中均无H+2、.水溶液中不能出现O2-

3、中性溶液反应物中无H+和OH-—4、酸性溶液反应物、生成物中均无OH-

(2)甲醇燃料电池

a.碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：3O

2

+12e-+6H

2

0===12OH-

负极：2CH

3

OH–12e-+16OH—===2CO

3

2-+12H

2

O

总反应方程式2CH

3

OH+3O

2

+4KOH===2K

2

CO

3

+6H

2

O

b.酸性电解质（铂为两极、电解液H

2

SO

4

溶液）

正极：3O

2

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

2

O（注：乙醇燃料电池与甲醇

负极：2CH

3

OH–12e-+2H

2

O==12H++2CO

2

燃料电池原理基本相同）

总反应式2CH

3

OH+3O

2

===2CO

2

+4H

2

O

（3）CO燃料电池（总反应方程式均为：2CO＋O

2

＝2CO

2

）

a.熔融盐（铂为两极、Li

2

CO

3

和Na

2

CO

3

的熔融盐作电解质，CO为负极燃气，空气与C

O2的混合气为正极助燃气）

正极：O

2

＋4e-＋2CO

2

＝2CO

3

2--负极：2CO＋2CO

3

2-–4e-==4CO

2

b.酸性电解质（铂为两极、电解液H

2

SO

4

溶液）

正极：O

2

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

2

O负极：2CO–4e-+2H

2

O==2CO

2

+

4H+

(4)肼燃料电池（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：O

2

+2H

2

O+4e-==4OH—负极：N

2

H

4

+4OH—--4e-==

N

2

+4H

2

O

总反应方程式N

2

H

4

+O

2

===N

2

+2H

2

O

(5)甲烷燃料电池

a．碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：2O

2

+2H

2

O+8e-==8OH—负极：CH

4

+10OH—--8e-==CO

3

2-+7H

2

O

总反应方程式CH

4

+2KOH+2O

2

===K

2

CO

3

+3H

2

O

b.酸性电解质（铂为两极、电解液H

2

SO

4

溶液）

正极：2O

2

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

2

O负极：CH

4

--8e-+2H

2

O==8H+

+CO

2

总反应方程式CH

4

+2O

2

===CO

2

+2H

2

O

(6)丙烷燃料电池（铂为两极、正极通入O

2

和CO

2

、负极通入丙烷、电解液有三种）

a.电解质是熔融碳酸盐（K

2

CO

3

或Na

2

CO

3

）总反应方程式C

3

H

8

+5O

2

===3CO

2

+

4H

2

O

正极：5O

2

+20e-+10CO

2

==10CO

3

2-负极：C

3

H

8

--20e-+10CO

3

2-==3C

O

2

+4H

2

O

b.酸性电解质（电解液H

2

SO

4

溶液）总反应方程式C

3

H

8

+5O

2

===3CO

2

+4H

2

O

正极：5O

2

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

2

O负极：C

3

H

8

--20e-+6H

2

O==3C

O

2

+20H+

c.碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：5O

2

+20e-+10H

2

O==20OH—负极：C

3

H

8

--20e-+26OH—==3CO

3

2

-+17H

2

O

总反应方程式C

3

H

8

+5O

2

+6KOH===3K

2

CO

3

+7H

2

O

（7）乙烷燃料电池（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：7O

2

+28e-+14H

2

O==28OH—负极：2C

2

H

6

--28e-+36OH—==4CO

3

2-

+24H

2

O

总反应方程式2C

2

H

6

+7O

2

+8KOH===4K

2

CO

3

+10H

2

O

七、电解原理及规律

⒈电极的判断与电极上的反应。

（1）阳极：与电源正极相连的电极，是发生氧化反应；若惰性材料（石墨、Pt、Au）作

阳极，失电子的是溶液中的阴离子；若为活性金属电极（Pt、Au除外），失电子的是

电极本身，表现为金属溶解。

（2）阴极：是与电源负极相连的电极，电极本身不参与反应；溶液中的阳离子在阴极上得

电子，发生还原反应。

⒉电流或电子的流向：电解池中电子由电源负极流向阴极，被向阴极移动的某种阳离子获得，

而向阳极移动的某种阴离子或阳极本身在阳极上失电子，电子流向电源正极。

⒊离子的放电顺序：主要取决于离子本身的性质，也与溶液浓度、温度、电极材料等有关。

（1）阴极（得电子能力）：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>（H+）

Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+，但应注意，电镀时通过控制条件（如离子浓度等），Fe2+

和Zn2+可先于H+放电。

（2）阳极（失电子能力）：若阳极材料为活性电极（Pt、Au除外），则电极本身失去电子，

而溶液中的阴离子不参与电极反应；若阳极材料为惰性电极，则有S2－>I－>Br－>Cl－>

OH－>含氧酸根离子及F－等。

4．酸、碱、盐溶液电解规律（惰性电极）

5．原电池、电解池、电镀池的判断

（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判断

（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电

解质溶液中的金属离子相同，则为电镀池

（3）若无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装

置为原电池。

（4）可充电电池的判断：放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；

充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变为

阴极，与外电源负极相连。