38原电池原理与应用一、原电池的工作本质：原电池本质为氧化还原反应，是将化学能转化为电能的装置。二、原电池的形成条件：1、两个活动性不同的电极，其中必有一种是金属(失电子)，另一种可以是金属，也可以是非金属(如石墨或金属氧化物)随着新型电池的出现，两电极也可以是相同的金属或非金属作导电物质，充入或附着氧化性与还原性的物质。2、电解质溶液(可以是酸、碱或中性；可以参与反应，也可以仅作导电物质)。3、两电极应与电解质溶液接触，同时两电极应该用导线相连或直接接触(形成闭合回路)。三、原电池工作原理：1、以铜锌原电池为例，稀硫酸为电解质溶液：①、在稀硫酸溶液中插入锌片，发生反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑②、向稀硫酸溶液中插入Cu片，无现象。③、当用导线将Zn片和Cu片连接起来之后，Cu片周围放出气体，该气体为H2。因为：当用导线将Zn片和Cu片连接起来之后，由于电子(e－)沿导线传递的速度远大于传给H+的速度，所以电子即沿着导线到达Cu片，在Cu板的表面聚集了一层带负电的电子，若导线连有一电流计，会观察到电流计的指针发生偏移。由于铜极表面带负电，必然吸引溶液中的阳离子(H)向Cu极移动。结果，H+在Cu板的表面得电子变为H2逸出，而Zn片则氧化成Zn2+。导线中有电子(即电流)通过，从而产生电能。Ⅰ、电极反应：(－)Zn片Zn－2e－=Zn2+(氧化反应)(+)Cu片2H++2e－=H2↑(还原反应)总反应：Zn+Cu2+==Zn2++CuⅡ、流动方向导线：电子由负极流出，经过导线，到达原电池的正极。溶液中：H+由溶液向正极移动，Zn2+由负极向溶液扩散；SO42―由溶液向负极移动。2、若电解质溶液为中性溶液，如H2O或NaCl溶液，则负极仍然是Zn片(失电子)，Cu片仍然是正极，但是正极发生的反应有所不同，溶在水中的氧得电子发生还原反应：(－)Zn片Zn－2e－=Zn2+(氧化反应)(+)Cu片2H2O+O2+4e－=4OH－(还原反应)四、原电池的种类：原电池的种类大致分为：干电池(Zn—C干电池)、银锌电池、氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等等。1、新型燃料电池的特点：①将氧化剂(通常是O2)、还原剂(可燃气体：H2、CO、CH4、可燃物钙、铝等)不断转入电池，同时将电极反应的产物不断排出电池。②能量转化率高，可持续使用。③其燃烧产物不污染环境。2、原理：以氢氧燃料电池为例，说明：H2在氧气中燃烧：2H2+O2====2H2O，H2分子可把电子直接给O2。但是当把H2和O2分别通入浸在电解质溶液中用导线相连的两个电极中H2在负极失电子变为H+，但是电子并没有直接给O2，而是沿着导线流入正极。O2在正极得电子变为OH－，然后H+和OH－再结合生成水。导线上有电流产生，该反应没有燃烧现象，但其产物却与燃烧产物相同。其它燃料电池的反应原理也与之相同，燃料电池的电解质溶液通常为强碱(KOH、NaOH)主要吸收水或CO2。3、几种常见电池的电极反应：①氢氧燃料电池：负极通H2，正极通O2，电解质溶液为KOH溶液。电极反应为：(－)2H2+4OH－－4e－=4H2O(+)O2+2H2O+4e－=4OH－电极反应为：2H2+O2====2H2O若以H2SO4为电解液，则相应方程式为？②甲烷——氧燃料电池：负极通CH4，正极通O2，电解质溶液为KOH溶液：电极反应：(－)CH4+10OH－－8e－=CO2+7H2O(+)2O2+4H2O+8e－=8OH－电极反应为：CH4+2O2===CO2+2H2O③铝——空气燃料电池：负极为Al，正极通空气，电解质溶液为碱性或中性溶液：电极反应：(－)4Al－12e－=4Al3+(+)3O2+6H2O+12e－=12OH－电极反应为：4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3④铅蓄电池：负极为Pb，正极为PbO2电解质溶液为硫酸。(－)Pb+SO42―+2e－====PbSO4(+)PbO2+SO42―+4H++2e－===PbSO4+2H2O14e-点燃电池反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O⑤银—锌高能电池：由负极为Zn，正极为Ag2O，电解质为KOH溶液。(－)Zn－2e－+2OH－ZnO+H2O：(+)Ag2O+2e－+H2O2Ag+2OH－电池总反应：Zn+Ag2O===2Ag+ZnO五、钢铁的腐蚀及防护1、钢铁的腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀条件金属与非电解质等直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程反应同时同区域发生氧化还原反应如：3Fe+2O2Fe3O4氧化还原反应分在两个区域同时发生正...
