原電池

（一）概念：

化學能轉化為電能的裝置叫做原電池。

（二）組成條件：

1. 兩個活潑性不同的電極

2. 電解質溶液

3. 電極用導線相連并插入電解液構成閉合回路

（三）電子流向：

外電路：負極——導線—— 正極

内電路：鹽橋中陰離子移向負極的電解質溶液，鹽橋中陽離子移向正極的電解質溶液。

（四）電極反應：

以鋅銅原電池為例：

負極：氧化反應：Zn－2e＝Zn^2＋（較活潑金屬）

正極：還原反應：2H^＋＋2e＝H₂↑（較不活潑金屬）

總反應式：Zn 2H =Zn² H₂↑

（五）正、負極的判斷：

1. 從電極材料：一般較活潑金屬為負極；或金屬為負極，非金屬為正極。

2. 從電子的流動方向：負極流入正極

3. 從電流方向：正極流入負極

4. 根據電解質溶液内離子的移動方向：陽離子流向正極，陰離子流向負極

5. 根據實驗現象：

（1）溶解的一極為負極

（2）增重或有氣泡一極為正極

化學電池

（一）電池的分類：

化學電池、太陽能電池、原子能電池

（二）化學電池：

借助于化學能直接轉變為電能的裝置

（三）化學電池的分類：

一次電池 、二次電池 、燃料電池

1. 一次電池

常見一次電池：堿性鋅錳電池、鋅銀電池、锂電池等

2. 二次電池

（1）二次電池：放電後可以再充電使活性物質獲得再生，可以多次重複使用，又叫充電電池或蓄電池。

（2）電極反應：鉛蓄電池

放電：

負極（鉛）：Pb－2e^- ＝PbSO₄↓

正極（氧化鉛）：PbO₂＋4H ＋2e^- ＝PbSO₄↓＋2H₂O

充電：

陰極：PbSO₄＋2H₂O－2e^- ＝PbO₂＋4H

陽極：PbSO₄＋2e^- ＝Pb

兩式可以寫成一個可逆反應：PbO₂＋Pb＋2H₂SO₄ ⇋ 2PbSO₄↓＋2H₂O

（3）目前已開發出新型蓄電池：銀鋅電池、镉鎳電池、氫鎳電池、锂離子電池、聚合物锂離子電池

3. 燃料電池

（1）燃料電池： 是使燃料與氧化劑反應直接産生電流的一種原電池

（2）電極反應：一般燃料電池發生的電化學反應的最終産物與燃燒産物相同，可根據燃燒反應寫出總的電池反應，但不注明反應的條件。負極發生氧化反應，正極發生還原反應，不過要注意一般電解質溶液要參與電極反應。以氫氧燃料電池為例，鉑為正、負極，介質分為酸性、堿性和中性。

①當電解質溶液呈酸性時：

負極：2H₂－4e^- =4H

正極：O₂＋4e^- 4H =2H₂O

②當電解質溶液呈堿性時：

負極：2H₂＋4OH^-－4e^-＝4H₂O

正極：O₂＋2H₂O＋4e^- ＝4OH^-

另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分别通甲烷(燃料)和氧氣(氧化劑)。

電極反應式為：

負極：CH₄＋10OH^－－8e^-＝ CO₃^2-＋7H₂O；

正極：4H₂O＋2O₂＋8e^- ＝8OH^-。

電池總反應式為：CH₄＋2O₂＋2KOH＝K₂CO₃＋3H₂O

（3）燃料電池的優點：能量轉換率高、廢棄物少、運行噪音低

4. 廢棄電池的處理：回收利用

電解池

（一）電解原理

1. 電解池： 把電能轉化為化學能的裝置，也叫電解槽。

2. 電解：電流(外加直流電)通過電解質溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應(被動的不是自發的)的過程。

3. 放電：當離子到達電極時，失去或獲得電子，發生氧化還原反應的過程。

4. 電子流向：（電源）負極—（電解池）陰極—（離子定向運動）電解質溶液—（電解池）陽極—（電源）正極。

5. 電極名稱及反應：

陽極：與直流電源的正極相連的電極，發生氧化反應

陰極：與直流電源的負極相連的電極，發生還原反應

6. 電解CuCl₂溶液的電極反應：

陽極：2Cl^- -2e^-=Cl₂ (氧化)

陰極：Cu² 2e^-=Cu(還原)

總反應式：CuCl₂ =Cu Cl₂ ↑

7. 電解本質：電解質溶液的導電過程，就是電解質溶液的電解過程

☆規律總結：電解反應離子方程式書寫：

放電順序：

陽離子放電順序：Ag >Hg² >Fe³ >Cu² >H （指酸電離的）>Pb² >Sn² >Fe² >Zn² > Al₃ > Mg² >Na >Ca² >K

陰離子的放電順序：

是惰性電極時：S^2->I^->Br^->Cl^->OH^->NO₃^->SO₄^2-(等含氧酸根離子)> F^-

是活性電極時：電極本身溶解放電

*注先要看電極材料，是惰性電極還是活性電極，若陽極材料為活性電極（Fe、Cu)等金屬，則陽極反應為電極材料失去電子，變成離子進入溶液；若為惰性材料，則根據陰陽離子的放電順序，依據陽氧陰還的規律來書寫電極反應式。

電解質水溶液電解産物的規律：

類型

電極反應特點

實例

電解對象

電解質濃度

分解電解質型

電解質電離出的陰陽離子分别在兩極放電

HCl

電解質

減小

CuCl₂

放H₂生成堿型

陰極：水放H₂生堿

陽極：電解質陰離子放電

NaCl

電解質和水

生成新電解質

放氧生酸型

陰極：電解質陽離子放電

陽極：水放O₂生酸

CuSO₄

電解質和水

生成新電解質

電解水型

陰極：4H 4e^- == 2H₂ ↑

陽極：4OH^--4e^-== O₂↑ 2H₂O

NaOH

水

增大

Na₂SO₄

上述四種類型電解質分類：

（1）電解水型：含氧酸，強堿，活潑金屬含氧酸鹽

（2）電解電解質型：無氧酸，不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）

（3）放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽

（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽

（二）電解原理的應用

1. 電解飽和食鹽水以制造燒堿、氯氣和氫氣

（1）電鍍應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法

（2）電極、電解質溶液的選擇：

陽極：鍍層金屬，失去電子，成為離子進入溶液 M- ne^- == Mⁿ

陰極：待鍍金屬（鍍件）：溶液中的金屬離子得到電子，成為金屬原子，附着在金屬表面 Mⁿ ne^- == M

電解質溶液：含有鍍層金屬離子的溶液做電鍍液鍍銅反應原理

陽極(純銅)：Cu-2e^-=Cu²

陰極(鍍件)：Cu2 2e^-=Cu，

電解液：可溶性銅鹽溶液，如CuSO₄溶液

2. 電鍍應用之一：銅的精煉

陽極：粗銅；

陰極：純銅

電解質溶液：硫酸銅

3. 電冶金

（1）電冶金：使礦石中的 金屬陽離子 獲得電子，從它們的化合物中還原出來用于冶煉活潑金屬，如鈉、鎂、鈣、鋁

（2）電解氯化鈉：

通電前，氯化鈉高溫下熔融：NaCl == Na Cl^-

通直流電後：

陽極：2Na 2e^- == 2Na

陰極：2Cl^- - 2e^- == Cl₂↑

☆規律總結：原電池、電解池、電鍍池的判斷規律

（1）若無外接電源，又具備組成原電池的三個條件。

①有活潑性不同的兩個電極；

②兩極用導線互相連接成直接插入連通的電解質溶液裡；

③較活潑金屬與電解質溶液能發生氧化還原反應（有時是與水電離産生的H 作用），隻要同時具備這三個條件即為原電池。

（2）若有外接電源，兩極插入電解質溶液中，則可能是電解池或電鍍池；當陰極為金屬，陽極亦為金屬且與電解質溶液中的金屬離子屬同種元素時，則為電鍍池。

（3）若多個單池相互串聯，又有外接電源時，則與電源相連接的裝置為電解池成電鍍池。若無外接電源時，先選較活潑金屬電極為原電池的負極（電子輸出極），有關裝置為原電池，其餘為電鍍池或電解池。

☆ 原電池，電解池，電鍍池的比較

原電池

電解池

電鍍池

定義（裝置特點）

将化學能轉變成電能的裝置

将電能轉變成化學能的裝置

應用電解原理在某些金屬表面鍍上一側層其他金屬

反應特征

自發反應

非自發反應

非自發反應

裝置特征

無電源，兩級材料不同

有電源，兩級材料可同可不同

有電源

形成條件

活動性不同的兩極

電解質溶液

形成閉合回路

兩電極連接直流電源

兩電極插入電解質溶液

形成閉合回路

1.鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接負極；2.電鍍液必須含有鍍層金屬的離子

電極名稱

負極：較活潑金屬

正極：較不活潑金屬（能導電非金屬）

陽極：與電源正極相連

陰極：與電源負極相連

名稱同電解，但有限制條件

陽極：必須是鍍層金屬

陰極：鍍件

電極反應

負極：氧化反應，金屬失去電子

正極：還原反應，溶液中的陽離子的電子或者氧氣得電子（吸氧腐蝕）

陽極：氧化反應，溶液中的陰離子失去電子，或電極金屬失電子

陰極：還原反應，溶液中的陽離子得到電子

陽極：金屬電極失去電子

陰極：電鍍液中陽離子得到電子

電子流向

負極→正極

電源負極→陰極

電源正極→陽極

同電解池

溶液中帶電粒子的移動

陽離子向正極移動

陰離子向負極移動

陽離子向陰極移動

陰離子向陽極移動

同電解池

聯系

在兩極上都發生氧化反應和還原反應

金屬的電化學腐蝕和防護

（一）金屬的電化學腐蝕

1. 金屬腐蝕内容

2. 金屬腐蝕的本質：都是金屬原子 失去 電子而被氧化的過程

3. 電化學腐蝕和化學腐蝕的區别

電化腐蝕

化學腐蝕

條件

不純金屬或合金與電解質溶液接觸

金屬與非電解質直接接觸

現象

有微弱的電流産生

無電流産生

本質

較活潑的金屬被氧化的過程

金屬被氧化的過程

關系

化學腐蝕與電化腐蝕往往同時發生，但電化腐蝕更加普遍，危害更嚴重

4. 電化學腐蝕的分類：

析氫腐蝕——腐蝕過程中不斷有氫氣放出

（1）條件：潮濕空氣中形成的水膜,酸性較強（水膜中溶解有CO₂、SO₂、H₂S等氣體）

（2）電極反應：

負極: Fe – 2e^- = Fe²

正極: 2H 2e^- = H₂ ↑

總式：Fe 2H = Fe² H₂ ↑

吸氧腐蝕——反應過程吸收氧氣

①條件：中性或弱酸性溶液

②電極反應：

負極: 2Fe – 4e^- = 2Fe²

正極: O₂ 4e^- 2H₂O = 4OH^-

總式：2Fe O₂ 2H₂O =2 Fe(OH)₂

生成的 Fe(OH)₂被空氣中的O₂氧化，生成 Fe(OH)₃ ，Fe(OH)₃脫去一部分水就生成Fe₂O₃·x H₂O（鐵鏽主要成分）

規律總結：

1. 金屬腐蝕快慢的規律：在同一電解質溶液中，金屬腐蝕的快慢規律如下：

電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防腐措施的腐蝕

2. 防腐措施由好到壞的順序如下：

外接電源的陰極保護法＞犧牲負極的正極保護法＞有一般防腐條件的腐蝕＞無防腐條件的腐蝕

（二）金屬的電化學防護

1. 利用原電池原理進行金屬的電化學防護

（1）犧牲陽極的陰極保護法

原理：原電池反應中，負極被腐蝕，正極不變化

應用：在被保護的鋼鐵設備上裝上若幹鋅塊，腐蝕鋅塊保護鋼鐵設備

負極：鋅塊被腐蝕；正極：鋼鐵設備被保護

（2）外加電流的陰極保護法

原理：通電，使鋼鐵設備上積累大量電子，使金屬原電池反應産生的電流不能輸送，從而防止金屬被腐蝕

應用：把被保護的鋼鐵設備作為陰極，惰性電極作為輔助陽極，均存在于電解質溶液中，接上外加直流電源。通電後電子大量在鋼鐵設備上積累，抑制了鋼鐵失去電子的反應。

2. 改變金屬結構：把金屬制成防腐的合金

3. 把金屬與腐蝕性試劑隔開：電鍍、油漆、塗油脂、表面鈍化等

（3）金屬腐蝕的分類：

化學腐蝕—金屬和接觸到的物質直接發生化學反應而引起的腐蝕。

電化學腐蝕— 不純的金屬跟電解質溶液接觸時，會發生原電池反應。比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學腐蝕。

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