1.概念
把化学能转化为电能的装置。
2.构成条件
(1)一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。
(2)二看两电极:一般是活泼性不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路
形成闭合回路需三个条件:①电解质溶液;②两电极直接或间接接触;③两电极插入电解质溶液。
3.工作原理(以铜锌原电池为例)
电极名称
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负极
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正极
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电极材料
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Zn
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Cu
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电极反应
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Zn-2e-===Zn2+
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Cu2++2e-===Cu
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反应类型
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氧化反应
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还原反应
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电子流向
(外电路)
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由负极沿导线流向正极
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离子流向
(内电路)
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阴离子向负极移动,阳离子向正极移动;盐桥(含饱和KCl溶液)中离子流向:K+移向正极,Cl-移向负极
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电池反应(离子方程式)
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Zn+Cu2+===Zn2++Cu
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两类装置的不同点
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装置Ⅰ:还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触,化学能既转化为电能,又转化为热能,造成能量损耗
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装置Ⅱ:还原剂Zn与氧化剂Cu2+不直接接触,化学能仅转化为电能,避免能量损耗,故电流稳定,持续时间长
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(1)盐桥原电池中半电池的构成条件:电极金属和其对应的盐溶液。一般不要任意替换成其他阳离子盐溶液,否则可能影响效果。盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
(2)盐桥的作用,①连接内电路,形成闭合回路;
②平衡电荷,使原电池不断产生电流。
4.原电池原理的应用
(1)比较金属的活动性强弱
原电池中,一般活动性强的金属做负极,而活动性弱的金属(或非金属)做正极。
(2)加快化学反应速率
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,如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成CuZn原电池,加快反应的进行。
(3)用于金属的防护
使需要保护的金属制品做原电池正极而受到保护,如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁,可用导线将其与一块锌块相连,使锌做原电池的负极。
(4)设计制作化学电源
①首先将氧化还原反应分成两个半反应。
②根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。