原電池的工作原理



通過氧化還原反應而產生電流的裝置稱為原電池,也可以說是把化學能轉變成電能的裝置。有的原電池可以構成可逆電池,有的原電池則不屬於可逆電池。原電池放電時,負極發生氧化反應,正極發生還原反應。例如銅鋅原電池又稱丹聶爾電池,其正極是銅極,浸中硫酸溶液中;負極是鋅板,浸在硫酸鋅溶液中。兩種電解質溶液用鹽橋勾通,兩極用導線相連就組成原電池。平時使用的幹電池,是根據原電池原理製成的。

目錄

原電池的工作原理

原電池的發明曆史可追溯到18世紀末期,當時意大利生物學家伽伐尼正在進行著名的青蛙實驗,當用金屬手術刀接觸蛙腿時,發現蛙腿會抽搐。大名鼎鼎的伏特認為這是金屬與蛙腿組織液(電解質溶液)之間產生的電流刺激造成的。1800年,伏特據此設計出了被稱為伏打電堆的裝置,鋅為負極,銀為正極,用鹽水作電解質溶液。1836年,丹尼爾發明了世界上第一個實用電池,並用於早期鐵路信號燈。

工作原理

原電池反應屬於放熱的反應,一般是氧化還原反應,但區別於一般的氧化還原反應的是,電子轉移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的,而是還原劑在負極上失電子發生氧化反應,電子通過外電路輸送到正極上,氧化劑在正極上得電子發生還原反應,從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉移。兩極之間溶液中離子的定向移動和外部導線中電子的定向移動構成了閉合回路,使兩個電極反應不斷進行,發生有序的電子轉移過程,產生電流,實現化學能向電能的轉化。

但是,需要注意,非氧化還原反應一樣可以設計成原電池。從能量轉化角度看,原電池是將化學能轉化為電能的裝置;從化學反應角度看,原電池的原理是氧化還原反應中的還原劑失去的電子經外接導線傳遞給氧化劑,使氧化還原反應分別在兩個電極上進行。

形成條件

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

2.電解質存在。

3.兩電極之間有導線連接,形成閉合回路。

4.發生的反應是自發的氧化還原反應。

隻要具備前三個條件就可構成原電池。而化學電源因為要求可以提供持續而穩定的電流,所以除了必須具備原電池的三個構成條件之外,還要求有自發進行的化學反應。也就是說,化學電源必須是原電池,但原電池不一定都能做化學電池。

形成前提:總反應為自發的化學反應。

常見電極

a.活潑性不同的金屬:如鋅銅原電池,鋅作負極,銅作正極;

b.金屬和非金屬(非金屬必須能導電):如鋅錳幹電池,鋅作負極,石墨作正極;

c.金屬與化合物如:鉛蓄電池,鉛板作負極,二氧化鉛作正極;

d.惰性電極如:氫氧燃料電池,電極均為鉑。

電極判斷

負極:電子流出的一極(負極定義);化合價升高的一極;發生氧化反應的一極;活潑性相對較強(有時候也要考慮到電解質溶液對兩極的影響)金屬的一極。(僅適用於原電池)

正極:電子流入的一極(正極定義);化合價降低的一極;發生還原反應的一極;相對不活潑(有時候也要考慮到電解質溶液對兩極的影響)的金屬或其它導體的一極。(僅適用於原電池)

陽極:發生氧化反應的電極(陽極定義)

陰極:發生還原反應的電極(陰極定義)

在原電池中,外電路為電子導電,電解質溶液中為離子導電。

表示方法

為書寫簡便,原電池的裝置常用方便而科學的符號來表示。其寫法習慣上遵循如下幾點規定:

1. 一般把負極(如Zn棒與Zn2+離子溶液)寫在電池符號表示式的左邊,正極(如Cu棒與Cu2+離子溶液)寫在電池符號表示式的右邊。

2. 以化學式表示電池中各物質的組成,溶液要標上活度或濃度(mol/L),若為氣體物質應注明其分壓(Pa),還應標明當時的溫度。如不寫出,則溫度為298.15K,氣體分壓為101.325kPa,溶液濃度為1mol/L。

3. 以符號“∣”表示不同物相之間的接界,用“‖”表示鹽橋。同一相中的不同物質之間用“,”隔開。

4. 非金屬或氣體不導電,因此非金屬元素在不同氧化值時構成的氧化還原電對作半電池時,需外加惰性導體(如

鉑或石墨等)做電極導體。其中,惰性導體不參與電極反應,隻起導電(輸送或接送電子)的作用,故稱為“惰性”電極。

按上述規定,Cu-Zn原電池可用如下電池符號表示:

(-)Zn(s)∣Zn2+ (C)‖Cu2+ (C)∣ Cu(s) (+)

理論上,任何氧化還原反應都可以設計成原電池,例如反應:

Cl2+ 2H- ═ 2Cl- +H2此反應可分解為兩個半電池反應:

負極:2H- ═ H2+ 2e-(氧化反應)

正極:Cl2+2e- ═ 2Cl-(還原反應)

該原電池的符號為:

(-)Pt∣ I2(s)∣I- (C)‖Cl- (C)∣C2(PCL2) ∣Pt(+)


原電池的工作原理

眾所周知像Zn-Cu原電池,Zn是負極,Cu是正極,Zn失去電子,Cu得到電子。但在剛開始時,Zn為什麽會失去電子,並且電子會跑到Cu極上。注意:討論的是剛開始的瞬間。

這是大學的知識。當兩個電極放入溶液中後,兩個電極分別產生一個電勢(電極電勢),這兩個電勢產生的電勢差,使電子移動。兩個電極的電勢是由溶液和電極決定的,可以由電極的材料和溶液種類的摩爾濃度計算直接得到。

就像燃燒反應開始的瞬間是怎麽發生的一樣,有了溫度達到著火點,有氧氣這個條件之後,燃燒就自然而然的發生了。同樣,原電池中,有了電勢差(也就是電壓),能夠形成回路,電子就能移動。碼字不易,還望采納。

為什麽會產生一個電勢?

電極電勢是由電極的材料和溶液的摩爾濃度決定的,有具體的計算公式。這個一般可以理解為電勢產生的原因,因為他是這種材料,因為溶液的種類和濃度,所以就產生了電勢。我在本科階段,也就理解到這裏了。具體為什麽他在這種材料,這種濃度下產生這麽大的電勢,也就是為什麽這個計算公式是成立的,老師沒講。因為自古以來,N多化學家的實驗結果都是符合這個公式的,這是曆史傳統和國際慣例,大家都人為它是對的,具體為什麽,說不清。這種通過實驗結果總結歸納出公式的方法(經驗總結法)在化學以及物理上經常使用,沒有那麽多為什麽。為什麽1+1=2?為什麽導體切割磁感線會產生電勢差?電磁感應是為什麽?磁為什麽能生成電?這都是說不清道不明的,大家都這麽認為它是對的,僅此而已。

氧化還原反應

鋅是活潑金屬,易失電子,因此是原電池的負極,當鋅失去的電子通過外電路流到銅電極時,就會使溶液中的氫離子的電子從而生成氫氣,整個過程中,銅沒有參加反應,在鋅上發生的是氧化反應,銅上是還原反應

你說Cu沒有參加反應,後麵又說銅是還原反應?矛盾?

在銅上是氫離子的電子生成氫氣,這個是還原反應

①原電池的工作原理是將氧化還原反應分在正 (還原)、負 (氧化)兩極進行,負極上失去的 電子流入正極,從而產生電流。 ②正負兩極上進出電子總數相等,根據電子守恒 正負兩極上進出電子總數相等,根據電子守恒 原理可進行許多有關電極反應的計算。 原理可進行許多有關電極反應的計算。 ③原電池反應跟直接反應差別: 原電池反應跟直接反應差別: 反應速率加快;一般隻有一個電極直接參加反應。 可製作各種電池,如幹電池、 ④利用原電池原理 可製作各種電池,如幹電池、鉛 蓄電池、銀鋅電池、鋰電池、氫氧燃料電池……。 蓄電池、銀鋅電池、鋰電池、氫氧燃料電池 。





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