原电池的原理文档格式.docx

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活泼性相对较强金属的一极。

　　正极：

电子流入的一极；

化合价降低的一极；

发生还原反应的一极；

相对不活泼的金属或其它导体的一极。

　　在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。

　　原电池的判定：

（1）先分析有无外接电路，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；

然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：

看电极——两极为金属或导电单质且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）；

看溶液——两极插入电解质中；

看回路——形成闭合回路或两极直接接触；

看本质——有无氧化还原反应。

（2）多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。

原电池应用

（1）制造各类电池

池，一种将活性物质中化学能通过氧化还原反应直接转换成电能输出的装置。

又称化学电池。

由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差，放完电后，不能重复使用，故又称一次电池。

它通常由正电极、负电极、电解质、隔离物和壳体构成，可制成各种形状和不同尺寸，使用方便。

广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等部门，并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、计算器、电子表、玩具、助听器等常用电器的电源。

原电池一般按负极活性物质（如锌、镉、镁、锂等）和正极活性物质（如锰、汞、二氧化硫、氟化碳等）分为锌锰电池、锌空气电池、锌银电池、锌汞电池、镁锰电池、锂氟化碳电池、锂二氧化硫电池等。

锌锰电池产量最大，常按电解质分为氯化铵型和氯化锌型，并按其隔离层分为糊式电池和低极电池。

以氢氧化钾为电解质的锌锰电池，由于其负极（锌）的构造与其他锌锰电池不同而习惯上另作一类，称为碱性锌锰电池，简称碱锰电池，俗称碱性电池。

（2）金属的腐蚀与防护

　　①改变金属内部结构（如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢）

　　②在金属表面覆盖保护层

　　a、在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质；

　　b、用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属；

　　c、用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。

（表面钝化）

　　③电化学保护法

　　a外加电流的阴极保护法（把被保护的设备与外接电源的负极相连）

　　b牺牲阳极的阴极保护法（被保护的设备与活泼的金属相连接）

　　（3）判断金属的活泼性

　　（4）加快反应速率

原电池表示方法

池的组成用图示表达，未免过于麻烦。

为书写简便，原电池的装置常用方便而科学的符号来表示。

其写法习惯上遵循如下几点规定：

　　1.一般把负极（如Zn棒与Zn2+离子溶液）写在电池符号表示式的左边，正极（如Cu棒与Cu2+离子溶液）写在电池符号表示式的右边。

　　2.以化学式表示电池中各物质的组成，溶液要标上活度或浓度（mol/L）,若为气体物质应注明其分压（Pa），还应标明当时的温度。

如不写出，则温度为298.15K,气体分压为101.325kPa,溶液浓度为1mol/L。

　　3.以符号“∣”表示不同物相之间的接界，用“‖”表示盐桥。

同一相中的不同物质之间用“,”隔开。

　　4.非金属或气体不导电，因此非金属元素在不同氧化值时构成的氧化还原电对作半电池时，需外加惰性导体（如

铂或石墨等）做电极导体。

其中，惰性导体不参与电极反应，只起导电（输送或接送电子）的作用，故称为“惰性”电极。

　　按上述规定，Cu－Zn原电池可用如下电池符号表示：

　　（-）Zn（s）∣Zn2+（C）‖Cu2+（C）∣Cu（s）（+）

　　理论上,任何氧化还原反应都可以设计成原电池，例如反应:

　　Cl2+2I-═2Cl-+I2

　　此反应可分解为两个半电池反应：

2I-═I2+2e-（氧化反应）

Cl2+2e-═2Cl-　（还原反应）

　　该原电池的符号为：

　　（-）Pt∣I2（s）∣I-（C）‖Cl-（C）∣C2（PCL2）∣Pt（+）

常见的原电池

　　常用原电池有锌－锰干电池、锌－汞电池、锌－银扣式电池及锂电池等。

　　1锌

－锰干电池：

锌－锰电池具有原材料来源丰富、工艺简单，价格便宜、使用方便等优点，成为人们使用最多、最广泛的电池品种。

锌－锰电池以锌为负极，以二氧化锰为正极。

按照基本结构，锌－锰电池可制成圆筒形、扣式和扁形，扁形电池不能单个使用，可组合叠层电池（组）。

按照所用电解液的差别将锌－锰电池分为三个类型：

（1）铵型锌－锰电池：

电解质以氯化铵为主，含少量氯化锌。

　　电池符号:

（-）Zn│NH4Cl·

ZnCl2│MnO2（+）　

　　总电池反应：

Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn（NH3）2Cl2+Mn2O3+H2O

（2）锌型锌－锰电池：

又称高功率锌－锰电池，电解质为氯化锌，具有防漏性能好，能大功率放电及能量密度较高等优点，是锌－锰电池的第二代产品，20世纪70年代初首先由德国推出。

与铵型电池相比锌型电池长时间放电不产生水，因此电池不易漏液。

　　电池符号：

（-）Zn│ZnCl2│MnO2（+）

　　总电池反应（长时间放电）：

　　Zn+2Zn（OH）Cl+6MnO（OH）=ZnCl2·

2ZnO·

4H2O+2Mn3O4

　　（3）碱性锌－锰电池：

这是锌－锰电池的第三代产品，具有大功率放电性能好、能量密度高和低温性能好等优点。

（-）Zn│KOH│MnO2（+）

Zn+2H2O+2MnO2=2MnO（OH）+Zn（OH）2

　　锌－锰电池额定开路电压为1.5V，实际开路电压1.5－1.8V，其工作电压与放电负荷有关，负荷越重或放电电阻越小，闭路电压越低。

用于手电筒照明时，典型终止电压为0.9V，某些收音机允许电压降至0.75V。

　　2．锂原电池：

又称锂电池，是以金属锂为负极的电池总称。

锂的电极电势最负相对分子质量最小，导电性良好，可制成一系列贮存寿命长，工作温度范围宽的高能电池。

根据电解液和正极物质的物理状态，锂电池有三种不同的类型，即：

固体正极—有机电解质电池、液体正极—液体电解质电池、固体正极—固体电解质电池。

Li—（CF）n的开路电压为3.3V，比能量为480W·

h·

L-1，工作温度在-55~70℃间，在20℃下可贮存10年之久！

它们都是近年来研制的新产品，目前主要用于军事、空间技术等特殊领域，在心脏起搏器等微、小功率场合也有应用。

吸氧腐蚀

　　吸氧腐蚀金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化学腐蚀，叫吸氧腐蚀．

　　例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，其电极反应如下：

　　负极（Fe）：

2Fe-4e=2Fe2+

　　正极（C）：

2H2O+O2+4e=4OH-

　　钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀．

　　吸氧腐蚀的必要条件

　　以氧的还原反应为阴极过程的腐蚀，称为氧还原腐蚀或吸氧腐蚀。

发生吸氧腐蚀的必要条件是金属的电位比氧还原反应的电位低：

　　氧的阴极还原过程及其过电位

　　吸氧腐蚀的阴极去极化剂是溶液中溶解的氧。

随着腐蚀的进行，氧不断消耗，只有来自空气中的氧进行补充。

因此，氧从空气中进入溶液并迁移到阴极表面发生还原反应，这一过程包括一系列步骤。

（1）氧穿过空气/溶液界面进入溶液；

（2）在溶液对流作用下，氧迁移到阴极表面附近；

　　（3）在扩散层范围内，氧在浓度梯度作用下扩散到阴极表面；

　　（4）在阴极表面氧分子发生还原反应，也叫氧的离子化反应。

　　吸氧腐蚀的控制过程及特点

　　金属发生氧去极化腐蚀时，多数情况下阳极过程发生金属活性溶解，腐蚀过程处于阴极控制之下。

氧去极化腐蚀速度主要取决于溶解氧向电极表面的传递速度和氧在电极表面上的放电速度。

因此，可粗略地将氧去极化腐蚀分为三种情况。

（1）如果腐蚀金属在溶液中的电位较高，腐蚀过程中氧的传递速度又很大，则金属腐蚀速度主要由氧在电极上的放电速度决定。

（2）如果腐蚀金属在溶液中的电位非常低，不论氧的传输速度大小，阴极过程将由氧去极化和氢离子去极化两个反应共同组成。

　　（3）如果腐蚀金属在溶液中的电位较低，处于活性溶解状态，而氧的传输速度又有限，则金属腐蚀速度由氧的极限扩散电流密度决定。

　　扩散控制的腐蚀过程中，由于腐蚀速度只决定于氧的扩散速度，因而在一定范围内，腐蚀电流将不受阳极极化曲线的斜率和起始电位的影响。

　　扩散控制的腐蚀过程中，金属中不同的阴极性杂质或微阴极数量的增加，对腐蚀速度的增加只起很小的作用。

　　[解题过程]

　　影响吸氧腐蚀的因素

　　1.溶解氧浓度的影响

　　2．温度的影响　

　　3．盐浓度的影响　4．溶液搅拌和流速的影响　

　　阴极控制原因主要是活化极化：

　　=2.3RTlgiC/i°

/αnF

　　主要是浓差极化：

　　=2.3RT/nFlg（1-iC/iL）

　　阴极反应产物以氢气泡逸出，电极表面溶液得到

　　附加搅拌产物OH只能靠扩散或迁移离开，无气泡逸出，得不到附加搅拌

析氢腐蚀

　　析氢腐蚀金属在酸性较强的溶液中发生电化学腐蚀时放出氢气的腐蚀叫做析氢腐蚀。

在钢铁制品中一般都含有碳。

在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。

水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的H+增多。

是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。

这些原电池里发生的氧化还原反应是：

负极（铁）：

铁被氧化Fe-2e=Fe2+；

正极（碳）：

溶液中的H+被还原2H++2e=H2↑

　　这样就形成无数的微小原电池。

最后氢气在碳的表面放出，铁被腐蚀，所以叫析氢腐蚀。

析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较

比较项目

析　氢　腐　蚀

吸　氧　腐　蚀

去极化剂性质

带电氢离子，迁移速度和扩散能力都很大

中性氧分子，只能靠扩散和对流传输

去极化剂浓度

浓度大，酸性溶液中H+放电

中性或碱性溶液中H2O作去极化剂浓度不大，其溶解度通常随温度升高和盐浓度增大而减小

原电池的形成条件

　　原电池的工作原理原电池反应属于放热的氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。

两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不