堿性原電池相關(guān)實例

常用原電池有鋅－錳干電池、鋅－汞電池、鋅－銀扣式電池及鋰電池等。

1鋅－錳干電池：鋅－錳電池具有原材料來源豐富、工藝簡單，價格便宜、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，成為人們使用最多、最廣泛的電池品種。鋅－錳電池以鋅為負(fù)極，以二氧化錳為正極。按照基本結(jié)構(gòu)，鋅－錳電池可制成圓筒形、扣式和扁形，扁形電池不能單個使用，可組合疊層電池（組）。按照所用電解液的差別將鋅－錳電池分為三個類型：

(1)銨型鋅－錳電池：電解質(zhì)以氯化銨為主，含少量氯化鋅。

電池符號：（－）Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2（ ）

總電池反應(yīng)：Zn 2NH4Cl 2MnO2=Zn(NH3)2Cl2 2MnO(OH)

(2)鋅型鋅－錳電池：又稱高功率鋅－錳電池，電解質(zhì)為氯化鋅，具有防漏性能好，能大功率放電及能量密度較高等優(yōu)點(diǎn)，是鋅－錳電池的第二代產(chǎn)品，20世紀(jì)70年代初首先由德國推出。與銨型電池相比鋅型電池長時間放電不產(chǎn)生水，因此電池不易漏液。

電池符號：（－）Zn│ZnCl2│MnO2（ ）

總電池反應(yīng)（長時間放電）：

Zn 2Zn(OH)Cl 6MnO(OH)=ZnCl2·2ZnO·4H2O 2Mn3O4

(3)堿性鋅－錳電池：這是鋅－錳電池的第三代產(chǎn)品，具有大功率放電性能好、能量密度高和低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)。

電池符號：（－）Zn│KOH│MnO2（ ）

總電池反應(yīng)：Zn 2H2O 2MnO2=2MnO(OH) Zn(OH)2

鋅－錳電池額定開路電壓為1.5V，實際開路電壓1.5－1.8V，其工作電壓與放電負(fù)荷有關(guān)，負(fù)荷越重或放電電阻越小，閉路電壓越低。用于手電筒照明時，典型終止電壓為0.9V，某些收音機(jī)允許電壓降至0.75V。

2．鋰原電池：又稱鋰電池，是以金屬鋰為負(fù)極的電池總稱。鋰的電極電勢最負(fù)相對分子質(zhì)量最小，導(dǎo)電性良好，可制成一系列貯存壽命長，工作溫度范圍寬的高能電池。根據(jù)電解液和正極物質(zhì)的物理狀態(tài)，鋰電池有三種不同的類型，即：固體正極—有機(jī)電解質(zhì)電池、液體正極—液體電解質(zhì)電池、固體正極—固體電解質(zhì)電池。Li—(CF)n的開路電壓為3.3V，比能量為480W·h·L-1，工作溫度在-55~70℃間，在20℃下可貯存10年之久。它們都是近年來研制的新產(chǎn)品，目前主要用于軍事、空間技術(shù)等特殊領(lǐng)域，在心臟起搏器等微、小功率場合也有應(yīng)用。

吸氧腐蝕金屬在酸性很弱或中性溶液里，空氣里的氧氣溶解于金屬表面水膜中而發(fā)生的電化腐蝕，叫吸氧腐蝕．

例如鋼鐵在接近中性的潮濕的空氣中腐蝕屬于吸氧腐蝕，其電極反應(yīng)如下：

負(fù)極（Fe）：Fe-2e=Fe2

正極（C）：2H2O O2 4e=4OH-

鋼鐵等金屬的電化腐蝕主要是吸氧腐蝕．

在酸性較強(qiáng)的溶液中發(fā)生電化腐蝕時放出氫氣，這種腐蝕叫做析氫腐蝕。在鋼鐵制品中一般都含有碳。在潮濕空氣中，鋼鐵表面會吸附水汽而形成一層薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就變成一種電解質(zhì)溶液，使水里的H 增多。是就構(gòu)成無數(shù)個以鐵為負(fù)極、碳為正極、酸性水膜為電解質(zhì)溶液的微小原電池。這些原電池里發(fā)生的氧化還原反應(yīng)是

負(fù)極（鐵）：鐵被氧化Fe-2e=Fe2 ；正極（碳）：溶液中的H 被還原2H 2e=H2↑

這樣就形成無數(shù)的微小原電池。最后氫氣在碳的表面放出，鐵被腐蝕，所以叫析氫腐蝕。

原電池的形成條件

從能量轉(zhuǎn)化角度看，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；從化學(xué)反應(yīng)角度看，原電池的原理是氧化還原反應(yīng)中的還原劑失去的電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞給氧化劑，使氧化還原反應(yīng)分別在兩個電極上進(jìn)行。

原電池的構(gòu)成條件有三個：

（1）電極材料由兩種金屬活動性不同的金屬或由金屬與其他導(dǎo)電的材料（非金屬或某些氧化物等）組成。

（2）兩電極必須浸泡在電解質(zhì)溶液中。

（3）兩電極之間有導(dǎo)線連接，形成閉合回路。

只要具備以上三個條件就可構(gòu)成原電池。而化學(xué)電源因為要求可以提供持續(xù)而穩(wěn)定的電流，所以除了必須具備原電池的三個構(gòu)成條件之外，還要求有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。也就是說，化學(xué)電源必須是原電池，但原電池不一定都能做化學(xué)電池。

原電池的工作原理

原電池反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，但區(qū)別于一般的氧化還原反應(yīng)的是，電子轉(zhuǎn)移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的，而是還原劑在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子通過外電路輸送到正極上，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉(zhuǎn)移。兩極之間溶液中離子的定向移動和外部導(dǎo)線中電子的定向移動構(gòu)成了閉合回路，使兩個電極反應(yīng)不斷進(jìn)行，發(fā)生有序的電子轉(zhuǎn)移過程，產(chǎn)生電流，實現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。

原理分析：

CuCl2是強(qiáng)電解質(zhì)且易溶于水，在水溶液中電離生成Cu2 和Cl－。

CuCl2=Cu2 2Cl－

通電前，Cu2 和Cl－在水里自由地移動著；通電后，這些自由移動著的離子，在電場作用下，改作定向移動。溶液中帶正電的Cu2 向陰極移動，帶負(fù)電的氯離子向陽極移動。在陰極，銅離子獲得電子而還原成銅原子覆蓋在陰極上；在陽極，氯離子失去電子而被氧化成氯原子，并兩兩結(jié)合成氯分子，從陽極放出。

陰極：Cu2 2e－=Cu

陽極：Cl－－2e－=Cl2↑

電解CuCl2溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式：CuCl2=Cu Cl2↑

（5）電解質(zhì)水溶液電解反應(yīng)的綜合分析

在上面敘述氯化銅電解的過程中，沒有提到溶液里的H 和OH－，其實H 和OH－雖少，但的確是存在的，只是他們沒有參加電極反應(yīng)。也就是說在氯化銅溶液中，除Cu2 和Cl－外，還有H 和OH－，電解時，移向陰極的離子有Cu2 和H ，因為在這樣的實驗條件下Cu2 比H 容易得到電子，所以Cu2 在陰極上得到電子析出金屬銅。移向陽極的離子有OH－和Cl－，因為在這樣的實驗條件下，Cl－和OH－容易失去電子，所以Cl－在陽極上失去電子，生成氯氣。

說明：

①陽離子得到電子或陰離子失去電子而使離子所帶電荷數(shù)目降低的過程又叫做放電。

②用石墨、金、鉑等還原性很弱的材料制做的電極叫做惰性電極，理由是它們在一般的通電條件下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。用鐵、鋅、銅、銀等還原性較強(qiáng)的材料制做的電極又叫做活性電極，它們做電解池的陽極時，先于其他物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。

③在一般的電解條件下，水溶液中含有多種陽離子時，它們在陰極上放電的先后順序是：Ag >Hg2 >Fe3 >Cu2 >(H )>Fe2 >Zn2 ；水溶液中含有多種陰離子時，它們的惰性陽極上放電的先后順序是：S2－>I－>Br－>Cl－>OH_(F－、NO3－、SO42-等)

（6）以惰性電極電解電解質(zhì)水溶液，分析電解反應(yīng)的一般方法步驟為：

①分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組；

②分別對陰、陽離子排出放電順序，寫出兩極上的電極反應(yīng)式；

③合并兩個電極反應(yīng)式得出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。

常用原電池方程式

1．Cu─H2SO4─Zn原電池

正極：2H 2e-==H2↑

負(fù)極：Zn-2e-==Zn2

總反應(yīng)式：Zn 2H ==Zn2 H2↑

2．Cu─FeCl3─C原電池

正極：2Fe3 2e-==2Fe2

負(fù)極：Cu-2e-==Cu2

總反應(yīng)式：2Fe3 Cu==2Fe2 Cu2

3．鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕

正極：O2 2H2O 4e-==4OH-

負(fù)極：2Fe-4e-==2Fe2

總反應(yīng)式：

2Fe O2 2H2O==2Fe(OH)2↓

4．氫氧燃料電池（中性介質(zhì)）

正極：O2 2H2O 4e-==4OH-

負(fù)極：2H2-4e-==4H

總反應(yīng)式：2H2 O2==2H2O

5．氫氧燃料電池（酸性介質(zhì)）

正極：O2 4H 4e-==2H2O

負(fù)極：2H2-4e-==4H

總反應(yīng)式：2H2 O2==2H2O

6．氫氧燃料電池（堿性介質(zhì)）

正極：O2 2H2O 4e-==4OH-

負(fù)極：2H2-4e- 4OH-==4H2O

總反應(yīng)式：2H2 O2==2H2O

7．鉛蓄電池（放電）

正極(PbO2)：

PbO2 2e- SO42- 4H ==PbSO4↓ 2H2O

負(fù)極(Pb)：Pb-2e- SO42-==PbSO4↓

總反應(yīng)式：

Pb PbO2 4H 2SO42-==2PbSO4↓ 2H2O

8．Al─NaOH─Mg原電池

正極：6H2O 6e-==3H2↑ 6OH-

負(fù)極：2Al-6e- 8OH-==2AlO2- 4H2O

總反應(yīng)式：2Al 2OH- 2H2O==2AlO2- 3H2↑

9．CH4燃料電池(堿性介質(zhì))

正極：2O2 4H2O 8e-==8OH-

負(fù)極：CH4-8e- 10OH-==CO32- 7H2O

總反應(yīng)式：CH4 2O2 2OH-==CO32- 3H2O

10．熔融碳酸鹽燃料電池

（Li2CO3和Na2CO3熔融鹽作電解液，CO作燃料）：

正極：O2 2CO2 4e-==2CO32-(持續(xù)補(bǔ)充CO2氣體)

負(fù)極：2CO 2CO32--4e-==4CO2

總反應(yīng)式：2CO O2==2CO2

11．銀鋅紐扣電池(堿性介質(zhì))

正極(Ag2O)：Ag2O H2O 2e-==2Ag 2OH-

負(fù)極(Zn)：Zn 2OH--2e-==ZnO H2O2100433B

組成原電池的基本條件是：將兩種活潑性不同的金屬(或石墨)用導(dǎo)線連接后插入電解質(zhì)溶液中。電流的產(chǎn)生是由于氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個電極上進(jìn)行的結(jié)果。原電池中，較活潑的金屬做負(fù)極，較不活潑的金屬做正極。負(fù)極本身易失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子沿導(dǎo)線流向正極，正極上一般為電解質(zhì)溶液中的陽離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)。在原電池中，外電路為電子導(dǎo)電，電解質(zhì)溶液中為離子導(dǎo)電。

原電池primarybattery一種將活性物質(zhì)中化學(xué)能通過氧化還原反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能輸出的裝置。又稱化學(xué)電池。由于各種型號的原電池氧化還原反應(yīng)的可逆性很差，放完電后，不能重復(fù)使用，故又稱一次電池。它通常由正電極、負(fù)電極、電解質(zhì)、隔離物和殼體構(gòu)成，可制成各種形狀和不同尺寸，使用方便。廣泛用于工農(nóng)業(yè)、國防工業(yè)和通信、照明、醫(yī)療等部門，并成為日常生活中收音機(jī)、錄音機(jī)、照相機(jī)、計算器、電子表、玩具、助聽器等常用電器的電源。原電池一般按負(fù)極活性物質(zhì)（如鋅、鎘、鎂、鋰等）和正極活性物質(zhì)（如錳、汞、二氧化硫、氟化碳等）分為鋅錳電池、鋅空氣電池、鋅銀電池、鋅汞電池、鎂錳電池、鋰氟化碳電池、鋰二氧化硫電池等。鋅錳電池產(chǎn)量最大，常按電解質(zhì)分為氯化銨型和氯化鋅型，并按其隔離層分為糊式電池和低極電池。以氫氧化鉀為電解質(zhì)的鋅錳電池，由于其負(fù)極(鋅)的構(gòu)造與其他鋅錳電池不同而習(xí)慣上另作一類，稱為堿性鋅錳電池，簡稱堿錳電池，俗稱堿性電池。

原電池是一類使化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的換能裝置。原電池連續(xù)放電或間歇放電后不能以反向電流充電的方法使兩電極的活性物質(zhì)回復(fù)到初始狀態(tài)，即電極活性物質(zhì)只能利用一次。故亦稱一次性電池。