高中化学原电池和电解池
原电池和电解池
1．原电池和电解池的比较：
装置 | 原电池 | 电解池 |
| 十二水磷酸氢二钠 实例 | 敌对边缘 | |
原理 | 使氧化还原反应中电子作定向移动，从而形成电流。这种把化学能转变为电能的装置叫做原电池。 | 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。 |
形成条件 | ①电极：两种不同的导体相连； ②电解质溶液：能与电极反应。 | ①电源； ②电极（惰性或非惰性）； ③电解质（水溶液或熔化态）。 |
反应类型 | 自发的氧化还原反应 | 非自发的氧化还原反应 |
电极名称 | 由电极本身性质决定： 正极：材料性质较不活泼的电极； | 由外电源决定： 阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极； |
电极反应 | 负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应） 正极：2H++2e-=H2↑（还原反应） | 阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应） 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ （氧化反应） |
电子流向 | 负极→正极 | 电源负极→阴极；阳极→电源正极 |
电流方向 | 正极→负极 | 电源正极→阳极；阴极→电源负极 |
能量转化 | 化学能→电能 | 电能→化学能 |
应用 | ①抗金属的电化腐蚀； ②实用电池。 | ①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）；③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。 |
| | |
一 原电池；
原电池的构成条件有三个：
（1）电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成。
（2）两电极必须浸泡在电解质溶液中。
（3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。
形成前提：总反应为自发的氧化还原反应
电极的构成：
a.活泼性不同的金属—锌铜原电池，锌作负极，铜作正极；
b.金属和非金属（非金属必须能导电）—锌锰干电池，锌作负极，石墨作正极； c.金属与化合物—铅蓄电池，铅板作负极，二氧化铅作正极；
d.惰性电极—氢氧燃料电池，电极均为铂。
电解液的选择：电解液一般要能与负极材料发生自发的氧化还原反应。
原电池正负极判断：
负极发生氧化反应，失去电子；正极发生还原反应，得到电子。 塑料切粒机
电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。 溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极
电极反应方程式的书写
负极：活泼金属失电子，看阳离子能否在电解液中大量存在。如果金属阳离子不能与电解液中的离子共存，则进行进一步的反应。例：甲烷燃料电池中，电解液为KOH，负极甲烷失8个电子生成CO2和H2O，但CO2不能与OH-共存，要进一步反应生成碳酸根。
正极：①当负极材料能与电解液直接反应时，溶液中的阳离子得电子。例：锌铜原电池中，电解液为HCl，正极H+得电子生成H2。②当负极材料不能与电解液反应时，溶解在电
解液中的O2得电子。如果电解液呈酸性，O2+4e-+4H+==2H2O；如果电解液呈中性或碱性，O2+4e-+2H2O==4OH-。
特殊情况:Mg-Al-NaOH，Al作负极。负极：Al-3e-+4OH-==AlO2-+2H2O；正极：2H2O+2e-==H2↑+2OH-
Cu-Al-HNO3，Cu作负极。
注意：Fe作负极时，氧化产物是Fe2+而不可能是Fe3+；肼（N2H4）和NH3的电池反应产物是H2O和N2
无论是总反应，还是电极反应，都必须满足电子守恒、电荷守恒、质量守恒。
pH变化规律
电极周围：消耗OH-(H+)，则电极周围溶液的pH减小（增大）；反应生成OH-(H+)，则电极周围溶液的pH增大（减小）。
原电池表示方法
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。
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：
负极：公交车线路牌2I- ═ I2+ 2e- （氧化反应）
正极：C2+2e-═ 2Cl- （还原反应）
该原电池的符号为：
（-）Pt∣ I2(s)∣I- (C)‖Cl- (C)∣C2(PCL2) ∣Pt（+）
二 两类原电池
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-
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：
（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。
析氢腐蚀
在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀分火头。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↑
析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较
比 较 项滚压刀具 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 |
| | |
常用原电池方程式
1．Cu─H2SO4─Zn原电池
正极： 2H+ + 2e- → H2↑
负极： Zn - 2e- → Zn2+
总反应式： Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑
2．Cu─FeCl3─C原电池
正极： 2Fe3+ + 2e- → 2Fe2+
负极： Cu - 2e- → Cu2+
总反应式： 2Fe3+ + Cu == 2Fe2+ + Cu2+
3．钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀
正极：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
负极：2Fe - 4e- → 2Fe2+
总反应式：2Fe + O2 + 2H2O == 2Fe（OH)2
4．氢氧燃料电池（中性介质）
正极：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
负极：2H2 - 4e- → 4H+
总反应式：2H2 + O2 == 2H2O
5．氢氧燃料电池（酸性介质）
正极：O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
负极：2H2 - 4e-→ 4H+
总反应式：2H2 + O2 == 2H2O
6．氢氧燃料电池（碱性介质）
正极：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
负极：2H2 - 4e- + 4OH- → 4H2O
总反应式：2H2 + O2 == 2H2O
7．铅蓄电池（放电）
正极 (PbO2) ：
PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ → PbSO4 + 2H2O
负极 (Pb) ：Pb- 2e-+ (SO4)2-→ PbSO4
总反应式：
Pb+PbO2+4H++ 2(SO4)2- == 2PbSO4 + 2H2O
8．Al─NaOH─Mg原电池
正极：6H2O + 6e- → 3H2↑ + 6OH-
负极：2Al - 6e- + 8OH- → 2AlO2- + 4H2O
总反应式：2Al+2OH-+2H2O==2AlO2- + 3H2↑
9．CH4燃料电池(碱性介质)
正极：2O2 + 4H2O + 8e- → 8OH-
负极：CH4 -8e- + 10OH- → (CO3)2- + 7H2O
总反应式：CH4 + 2O2 + 2OH- == (CO3)2- + 3H2O
10．熔融碳酸盐燃料电池
（Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液，CO作燃料）：
正极：O2 + 2CO2 + 4e- → 2(CO3)2- (持续补充CO2气体)
负极：2CO + 2(CO3)2- - 4e- → 4CO2
总反应式：2CO + O2 == 2CO2
11．银锌纽扣电池(碱性介质)
正极 (Ag2O) ：Ag2O + H2O + 2e- → 2Ag + 2OH-
负极 (Zn) ：Zn + 2OH- -2e- → ZnO + H2O
总反应式：Zn + Ag2O == ZnO + 2Ag
常见的原电池
(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+2MnO(OH)
(2) 锌型锌－锰电池：
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：
电池符号：(-) Zn│KOH│MnO2 (+)
总电池反应： Zn+2H2O+2MnO2=2MnO(OH)+Zn(OH)2
二 电解池
电解原理
1、电解和电解池：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。
