高三化学复习知识清单（通用版） 知识清单20 原电池原理与应用

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【知识归纳】
一、原电池的工作原理
1．定义和反应本质
（1）能量转化：把化学能能转化为电能能
（2）反应本质：发生氧化还原反应。
2．构成条件
（1）一看反应：看是否有能自发进行放热的氧化还原反应
（2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极（两种金属或一种金属和一种能导电的非金属）。
（3）三看是否形成闭合回路
①有电解质溶液或熔融的电解质
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（以锌铜原电池为例）
（1）电极反应
①负极：电子流出的一极，发生氧化反应；
②正极：电子流入的一极，发生还原反应。
（2）三个“流向”
①电子流向：负极eq \(---------→,\s\up7(外电路))正极
②电流流向：正极eq \(---------→,\s\up7(外电路))负极eq \(-------→,\s\up7(内电路))正极
③离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极
（3）盐桥作用
①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路
②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性
③隔离：使相互反应的物质不接触
4．根据经验规律判断电池的正负极
（1）根据电极材料判断正负极
①金属单质和非金属形成的电池，金属单质为负极
②金属单质和化合物形成的电池，金属单质为负极
③电极材料相同的原电池，还原剂为负极
（2）根据电解质溶液的酸碱性及氧化性判断正负极
①能够和电解质溶液反应的电极为负极
②容易和电解质溶液反应的电极为负极
（3）燃料电池中，可燃物作负极，助燃物作正极
二、原电池工作原理的应用
1．比较金属活泼性
（1）基本规律：一般负极金属活泼
（2）特殊情况
①强碱性溶液中，Mg-NaOH溶液-Al原电池中，Al负极
②氧化性溶液中，Cu-浓硝酸-Fe原电池中，Cu是负极
③铅蓄电池，负极质量增加，正极质量增加
2．加快氧化还原反应的速率
（1）一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。
①向反应中加入少量不活泼金属的盐溶液
②不纯的金属腐蚀速率快
（2）金属腐蚀速率：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀
（3）利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。
①足量的锌和一定量的稀硫酸反应，加入少量硫酸铜，产生氢气的量不变
②一定量的锌和足量的稀硫酸反应，加入少量硫酸铜，产生氢气的量减少
3．设计原电池

（1）分析原电池反应，判断正负极和溶液
①能设计成原电池的反应一定是自发的、放热的氧化还原反应
②负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以
（2）盐桥式原电池
①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路
②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性，使电池能持续提供电流
③隔离：相互反应的电极和溶液通过盐桥隔离开
三、化学电源
1．化学电源的分类
2．一次电池
（1）特点：只能使用一次，不能充电复原继续使用
（2）代表：碱性锌锰干电池、酸性锌锰干电池
（3）电极：锌筒作负极，石墨作正极
3．二次电池：又称可逆电池、蓄电池、可充电电池
（1）特点：放电后能充电复原继续使用
（2）代表：铅蓄电池
（3）电极：铅作负极，二氧化铅作正极
（4）优点：性能优良，价格便宜，可多次充放电；单位重量的电极材料释放的电能小。
4．燃料电池
（1）代表：氢氧燃料电池
（2）电极：石墨电极材料
（3）特点：燃料电池没有燃烧现象。
（4）优点：能量利用效率高、可连续使用、排放污染物少。
四、原电池电极反应式的书写
1．书写步骤
（1）确定反应物和最终产物
（2）确定得失电子的数目
（3）电荷守恒配离子
①优先选择原电解质溶液中所含的离子
②再选择水中的H+或OH－，原则“左水右离子”
（4）元素守恒配平其他物质，一般缺H或O，用水补
2．典型电池电极反应的产物
（1）含碳燃料的氧化产物
（2）含氮燃料的氧化产物：与环境无关，都是氮气
（3）氢气的氧化产物
（4）氧气的还原产物
3．几种一次电池的电极反应式
（1）碱性锌锰干电池
①电池反应：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn（OH）2
②负极反应：Zn+2OH－－2e－Zn（OH）2
③正极反应：2MnO2+2H2O+2e－2MnOOH+2OH－
（2）纽扣式锌银电池
①电池反应：Zn+Ag2O+H2OZn（OH）2+2Ag
②负极反应：Zn+2OH－－2e－Zn（OH）2
③正极反应：Ag2O+H2O+2e－2Ag+2OH－
4．二次电池
（1）放电时为原电池，电极属性为正负极；充电时为电解池，电极属性为阴阳极
（2）阳极连正极，阴极连负极，电极反应和电极反应式相反，充放电时电极互变
①充电时，阳极变成正极，阴极变成负极
②放电时，正极变成阳极，负极变成阴极
（3）铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
①负极反应：Pb+SO42－－2e－PbSO4
②正极反应：PbO2+4H++SO42－+2e－PbSO4+2H2O
③阳极反应：PbSO4+2H2O－2e－PbO2+4H++SO42－
④阴极反应：PbSO4+2e－Pb+SO42－
（4）钴酸锂电池：LixC6+Li1－xCO2C6+LiCO2
①负极反应：LixC6－xe－C6+xLi+
②正极反应：Li1－xCO2+xLi+LiCO2－xe－
③阳极反应：LiCO2－xe－Li1－xCO2+xLi+
④阴极反应：C6+xLi++xe－LixC6
（5）LaNi5H6+6NiOOHLaNi5+6Ni(OH)2（储氢合金和储氢物质中各元素的化合价均为0价）
①负极反应：LaNi5H6－6e－+6OH－LaNi5+6H2O
②正极反应：6NiOOH+6e－6Ni（OH）2+6OH－
③阳极反应：6Ni（OH）2+6OH－－6e－6NiOOH+6H2O
④阴极反应：LaNi5+6H2O+6e－LaNi5H6+6OH－
5．燃料电池
（1）燃料电池的电极材料
①可燃物在负极上发生氧化反应，如氢气、甲烷、乙醇等还原剂
②助燃物在正极上发生还原反应，如氧气、氯气等氧化剂
（2）燃料电池的总反应：可燃物的燃烧反应兼顾产物和溶液的反应
（3）燃料电池的正极反应式
（5）氧气在正极上的反应式
（6）燃料电池的负极反应式
正常产物
酸性
碱性
碳酸盐溶液
熔融碳酸盐
O2－
CO2
CO2
CO32－
HCO3－
CO2
CO32－
正常产物
酸性
碱性
中性
CO32－
O2－
H+
H+
H2O
H+
CO2+H2O
H2O
正常产物
酸性
碱性
中性
CO2
O2－
H2O
OH－
OH－
CO32－
环境
氧气
氮气
酸性环境
4H++O2+4e－2H2O
N2+6e－+8H+2NH4+
碱性环境
2H2O+O2+4e－4OH－
N2+6e－+6H+2NH3
中性环境
2H2O+O2+4e－4OH－
N2+6e－+6H+2NH3
熔融氧化物
O2+4e－2O2－
N2+6e－2N3－
有CO2存在
O2+4e－+2CO22CO32－
环境
甲烷
氢气
酸性环境
CH4+2H2O－8e－CO2+8H+
H2－2e－2H+
碱性环境
CH4+10OH－－8e－CO32－+7H2O
H2－2e－+2OH－2H2O
熔融碳酸盐
CH4+4CO32－－8e－5CO2↑+2H2O
H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑
碳酸盐溶液
CH4+9CO32－－8e－+3H2O10HCO3－
H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑
熔融氧化物
CH4+5O2－－8e－CO32－+2H2O
H2－2e－+O2－2H2O
环境
甲醇
肼
酸性环境
CH3OH+H2O－6e－CO2↑+6H+
N2H4－4e－N2↑+4H+
碱性环境
CH3OH+8OH－－6e－CO32－+6H2O
N2H4－4e－+4OH－N2↑+4H2O
熔融碳酸盐
CH3OH－6e－+3CO32－4CO2↑+2H2O
碳酸盐溶液
CH3OH +7CO32－－6e－+2H2O8HCO3－
熔融氧化物
CH3OH +4O2－－6e－CO32－+2H2O
N2H4－4e－+2O2－N2↑+2H2O