(1) 原電池的原理:較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng),電子從較活潑的金屬(負(fù)極)流向較不活潑的金屬(正極)。這只是針對由活潑性不同的金屬作電極而言,廣義的原理應(yīng)為:還原性較強(qiáng)的物質(zhì)(負(fù)極)發(fā)生氧化反應(yīng),電子從還原性較強(qiáng)的物質(zhì)通過外電路流向氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)(正極)。所以,可以利用原電池原理將其它的氧化還原反應(yīng)設(shè)計成各種不同的電池(如燃料電池等)。
(2) 電極判斷:利用氧化還原反應(yīng)的原理判斷正負(fù)極
負(fù)極:發(fā)生氧化反應(yīng)(失電子的)電極,電極材料為還原性較強(qiáng)的物質(zhì)
正極:發(fā)生還原反應(yīng)(得電子)的電極,電極材料為氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)或惰性電極
但是,并不是所有作負(fù)極的電極都一定參加反應(yīng),而是氧化反應(yīng)在其上面發(fā)生而已(如氫氧燃料電池),也并不是所有作正極的電極都不參與反應(yīng)(如鉛蓄電池),應(yīng)當(dāng)通過電池所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行具體分析。
(3) 電極反應(yīng)的書寫:
對于由活潑性不同的金屬(或一種是非金屬單質(zhì))構(gòu)成的原電池的電極反應(yīng)式較容易書寫,而對于其它種類的氧化還原反應(yīng)設(shè)計的電池則通常可由以下幾個步驟分析書寫:①分析氧化還原反應(yīng),確定氧化劑、還原劑及得失電子數(shù)目;②注意電解質(zhì)溶液(介質(zhì)),如負(fù)極與電解質(zhì)溶液中離子反應(yīng),則正極生成相應(yīng)離子;③合并兩電極反應(yīng)式后,消去得失電子數(shù)目及兩邊的介質(zhì)離子,得到總的氧化還原反應(yīng)的方程式。通常須靈活運用電荷守恒,原子守恒等原理。
例1(燃料電池)宇宙飛船上的氫氧燃料電池,其電池反應(yīng)為:2H2+O2=2H2O,試寫出電解質(zhì)溶液為鹽酸時的電極反應(yīng)式,并指出各電極和介質(zhì)溶液的pH的變化,若電解質(zhì)溶液為KOH時又如何?
分析:在負(fù)極氫氣失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng);在正極氧氣得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)。若消耗H+,則pH增大;若消耗OH-,則pH減??;若生成OH-,則pH增大;若生成H+,則pH減小。若稀釋酸溶液,則pH增大;若稀釋堿溶液,則pH減小。
答案:若電解質(zhì)為鹽酸時:
負(fù)極:2H2-4e—=4H+ pH變小
正極:O2+4H++4e—=2H2O pH變大
結(jié)論:溶液被稀釋,pH變大。
若電解質(zhì)為KOH時:
負(fù)極:2H2-4e—+4OH-=4H2O pH變小
正極:O2+2H2O+4e=4OH- pH變大
結(jié)論:溶液被稀釋,pH變小。
例2(鉛蓄電池)鉛蓄電池其電極分別是Pb、PbO2,電解質(zhì)是一定濃度的硫酸,工作時的反應(yīng)方程式為:PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O試分別寫出其電極反應(yīng)式。請寫出放電時的電極反應(yīng)。
分析:在負(fù)極Pb失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng);在正極PbO2得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)。
答案:負(fù)極:Pb+SO42--2e=PbSO4
正極:PbO2+4H++SO42-+2e—=PbSO4+2H2O
例3(海水電池)1991年我國首創(chuàng)以鋁-空氣-海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈,以海水為電解質(zhì),靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流,只要把燈放入海水中數(shù)分鐘,就會發(fā)出耀眼的白光,則電源負(fù)極材料為:,正極材料為: 。正、負(fù)極反應(yīng)分別為: 、 。
分析:根據(jù)原電池構(gòu)成的條件,活潑金屬作負(fù)極(失去電子),發(fā)生氧化反應(yīng);惰性材料作正極(得到電子),發(fā)生還原反應(yīng)。

答案:負(fù)極材料為:Al;正極材料為:石墨等能導(dǎo)電的惰性材料或活潑性比鋁弱的金屬材料。
負(fù)極反應(yīng):3Al-12e—=3Al3+
正極反應(yīng):3O2+6H2O+12e—=12OH-
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