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行業(yè)資訊

原電池的原理解析和應(yīng)用

來源:寶鄂實(shí)業(yè)    2019-02-28 08:32    點(diǎn)擊量:
一、構(gòu)成原電池的條件

構(gòu)成原電池的條件有:

(1)電極材料。兩種金屬活動(dòng)性不同的金屬或金屬和其它導(dǎo)電性(非金屬或某些氧化物等);

(2)兩電極必須浸沒在電解質(zhì)溶液中;

(3)兩電極之間要用導(dǎo)線連接,形成閉合回路。

說明:

①一般來說,能與電解質(zhì)溶液中的某種成分發(fā)生氧化反應(yīng)的是原電池的負(fù)極。

②很活潑的金屬單質(zhì)一般不作做原電池的負(fù)極,如K、Na、Ca等。 

二、原電池正負(fù)極的判斷:

(1)較活潑的或能和電解質(zhì)溶液反應(yīng)的金屬一般作負(fù)極。

(2)有氣泡產(chǎn)生一極一般是正極。

(3)電子流出的一極是負(fù)極,電子流入的一極是正極。

(4)被腐蝕的一極是負(fù)極。

(5)發(fā)生氧化反應(yīng)的一極是負(fù)極,發(fā)生還原反應(yīng)的一極是正極。

(6)溶液中陽離子移向的一極是正極,陰離子移向的一極為負(fù)極。

三、電極反應(yīng)式的書寫

(1)準(zhǔn)確判斷原電池的正負(fù)極是書寫電極反應(yīng)的關(guān)鍵

如果原電池的正負(fù)極判斷失誤,電極反應(yīng)式的書寫一定錯(cuò)誤。上述判斷正負(fù)極的方法是一般方法,但不是絕對(duì)的,例如銅片和鋁片同時(shí)插入濃硝酸溶液中,由于鋁片表明的鈍化,這時(shí)銅失去電子,是負(fù)極,其電極反應(yīng)為:

負(fù)極:Cu -2e= Cu2

正極:NO3 + 4H + 2e = 2H2O + 2NO2

再如鎂片和鋁片同時(shí)插入氫氧化鈉溶液中,雖然鎂比鋁活潑,但由于鎂不與氫氧化鈉反應(yīng),而鋁卻反應(yīng),失去電子,是負(fù)極,其電極反應(yīng)為:

負(fù)極:2Al + 8OH-2×3e=2AlO2 + 2H2O

正極:6H2O + 6e = 6OH + 3H2

(2)要注意電解質(zhì)溶液的酸堿性

在正負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)不是孤立的,它往往與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系,如氫氧燃料電池有酸式和堿式,在酸溶液中,電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH,在堿溶液中,電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H+,像CH4、CH3OH等燃料電池,在堿溶液中碳(C)元素以CO32離子形式存在,而不是放出CO2氣體。

(3)要考慮電子的轉(zhuǎn)移數(shù)目

在同一個(gè)原電池中,負(fù)極失去電子數(shù)必然等于正極得到的電子數(shù),所以在書寫電極反應(yīng)時(shí),一定要考慮電荷守恒。防止由總反應(yīng)方程式改寫成電極反應(yīng)式時(shí)所帶來的失誤,同時(shí)也可避免在有關(guān)計(jì)算中產(chǎn)生誤差。

(4)要利用總的反應(yīng)方程式

從理論上講,任何一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)均可設(shè)計(jì)成原電池,而兩個(gè)電極反應(yīng)相加即得總反應(yīng)方程式。所以只要知道總反應(yīng)方程式和其中一個(gè)電極反應(yīng),便可以寫出另一個(gè)電極反應(yīng)方程式。 

四、原電池原理的應(yīng)用

原電池原理在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活、科學(xué)研究中具有廣泛的應(yīng)用。 

1. 化學(xué)電源:人們利用原電池原理,將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,制作了多種電池。如干電池、蓄電池、充電電池以及高能燃料電池,以滿足不同的需要。在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中,電池發(fā)揮的作用不可代替,大到宇宙火箭、人造衛(wèi)星、飛機(jī)、輪船,小到電腦、電話、手機(jī)以及心臟起搏器等,都離不開各種各樣的電池。 

2. 加快反應(yīng)速率:如實(shí)驗(yàn)室用鋅和稀硫酸反應(yīng)制取氫氣,用純鋅生成氫氣的速率較慢,而用粗鋅可大大加快化學(xué)反應(yīng)速率,這是因?yàn)樵诖咒\中含有雜質(zhì),雜質(zhì)和鋅形成了無數(shù)個(gè)微小的原電池,加快了反應(yīng)速率。 

3. 比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱:一般來說,負(fù)極比正極活潑。 

4. 防止金屬的腐蝕:金屬的腐蝕指的是金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使金屬失去電子變?yōu)殛栯x子而消耗的過程。在金屬腐蝕中,我們把不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)形成的原電池反應(yīng)而引起的腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕又分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕:在潮濕的空氣中,鋼鐵表面吸附一層薄薄的水膜,里面溶解了少量的氧氣、二氧化碳,含有少量的H和OH形成電解質(zhì)溶液,它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳形成了無數(shù)個(gè)微小的原電池,鐵作負(fù)極,碳作正極,發(fā)生吸氧腐蝕: 

負(fù)極:2Fe -2×2e=2Fe2+ 

正極: O2 + 4e+ 2H2O = 4OH  

電化學(xué)腐蝕是造成鋼鐵腐蝕的主要原因。因此可以用更活潑的金屬與被保護(hù)的金屬相連接,或者讓金屬與電源的負(fù)極相連接均可防止金屬的腐蝕。

 

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