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原电池

是利用两个电极的电极电势的不同,产生电势差,从而使电子流动,产生电流。又称非蓄电池,是电化学电池的一种。其电化学反应不能逆转,即是只能将化学能转换为电能。简单说就即是不能重新储存电力,与蓄电池相对。

原电池的发明历史可追溯到18世纪末期,当时意大利生物学家伽伐尼正在进行著名的青蛙实验,当用金属手术刀接触蛙腿时,发现蛙腿会抽搐。大名鼎鼎的伏打认为这是金属与蛙腿组织液(电解质溶液)之间产生的电流刺激造成的。1800年,伏打据此设计出了被称为伏打电堆的装置,锌为负极,银为正极,用盐水作电解质溶液。1836年,丹尼尔发明了世界上第一个实用电池,并用于早期铁路信号灯。

原电池是将化学能转变成电能的装置。

(所以,根据定义,普通的干电池、燃料电池非蓄电池都可以称为原电池。)

原电池的工作原理原电池反应属于放热的反应,一般是氧化还原反应,但区别于一般的氧化还原反应的是,电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的,而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应,电子通过外电路输送到正极上,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路,使两个电极反应不断进行,发生有序的电子转移过程,产生电流,实现化学能向电能的转化。

但是,需要注意,非氧化还原反应一样可以设计成原电池。

从能量转化角度看,原电池是将化学能转化为电能的装置;从化学反应角度看,原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经外接导线传递给氧化剂,使氧化还原反应分别在两个电极上进行。

1.直接转换成电能输出的装置。又称化学电池。由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差,放完电后,不能重复使用,故又称一次电池。它通常由正电极、负电极、电解质、隔离物和壳体构成,可制成各种形状和不同尺寸,使用方便。广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等部门,并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、计算器、电子表、玩具、助听器等常用电器的电源。原电池一般按负极活性物质(如锌、镉、镁、锂等)和正极活性物质(如锰、汞、二氧化硫、氟化碳等)分为锌锰电池、锌空气电池、锌银电池锌汞电池、镁锰电池、锂氟化碳电池、锂二氧化硫电池等。锌锰电池产量最大,常按电解质分为氯化铵型和氯化锌型,并按其隔离层分为糊式电池和低极电池。以氢氧化钾为电解质的锌锰电池,由于其负极(锌)的构造与其他锌锰电池不同而习惯上另作一类,称为碱性锌锰电池,简称碱锰电池,俗称碱性电池。

2.金属的腐蚀与防护

①改变金属内部结构(如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢)

②在金属表面覆盖保护层

a在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。

b、用电镀、热镀、喷镀的方法,在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属。

c、用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。(表面钝化)

③电化学保护法

a外加电流的阴极保护法(把被保护的设备与外接电源的负极相连)

b牺牲阳极的阴极保护法(被保护的设备与活泼的金属相连接)

3.判断金属的活泼性

4.加快反应速率

原电池的组成用图示表达,未免过于麻烦。为书写简便,原电池的装置常用方便而科学的符号来表示。其写法习惯上遵循如下几点规定:

1. 一般把负极(如Zn棒与Zn离子溶液)写在电池符号表示式的左边,正极(如Cu棒与Cu离子溶液)写在电池符号表示式的右边。

2. 以化学式表示电池中各物质的组成,溶液要标上活度或浓度(mol/L),若为气体物质应注明其分压(Pa),还应标明当时的温度。如不写出,则温度为298.15K,气体分压为101.325kPa,溶液浓度为1mol/L。

3. 以符号""表示不同物相之间的接界,用"‖"表示盐桥。同一相中的不同物质之间用","隔开。

4. 非金属或气体不导电,因此非金属元素在不同氧化值时构成的氧化还原电对作半电池时,需外加惰性导体(如铂或石墨等)做电极导体。其中,惰性导体不参与电极反应,只起导电(输送或接送电子)的作用,故称为"惰性"电极。

按上述规定,Cu-Zn原电池可用如下电池符号表示:

(-)Zn(s)Zn (C)‖Cu(C) Cu(s) (+)

理论上,任何氧化还原反应都可以设计成原电池,例如反应:

Cl2+ 2H 2Cl+H2此反应可分解为两个半电池反应:

负极:2H H2+ 2e(氧化反应)

正极:Cl2+2e 2Cl(还原反应)

该原电池的符号为:

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

常用原电池有锌-锰干电池、锌-汞电池、锌-银扣式电池及锂电池等。

如Cu-Zn原电池中以KCl溶液做电解质

KCl在这个装置中称为盐桥。

盐桥的作用仅仅是导电【相当于导线的作用】,将两个烧杯形成闭合回路,否则就相当于断开,而盐桥的导电是利用了其中的阴阳离子的定向移动。

锌铜电池,电解质溶液锌端硫酸锌,铜端硫酸铜,即两端不一样,所以产生电势差,于是,电子从负极Zn失去,沿着导线移向正极Cu,即外面的导线中,电子即负电荷从Zn到Cu,中间有盐桥连接,即盐桥中的负电荷即阴离子应该从CuSO4的一端沿着盐桥移向ZnSO4的一端,或者说,盐桥中的正电荷即阳离子就从ZnSO4的一端沿着盐桥移向CuSO4的一端,总之,要保证两端烧杯中的正负电荷要守恒。

【溶液中是靠硫酸铜和硫酸锌自己的离子导电,他们自已各担其职】

还有以含有离子的琼脂块作盐桥的,应用很广泛。

为安全使用和处理原电池,2009年4月29日,中国国家标准化管理委员会(SAC)发布了国家标准《民用原电池安全通用要求》。本标准规定了民用原电池的分类、安全性能要求、标志、电池选购、使用、更换和处理指南、电器具的电池舱安全设计指南。

本标准适用于民用的各类水溶液电解质原电池(碱性和非碱性锌-二氧化锰电池、锌-氧化银电池、锌-羟基氧化镍电池、碱性和中性锌-空气电池)以及各类锂原电池(锂-氟化碳电池、锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-二硫化铁电池、锂-二氧化硫和锂-氧化铜电池等)的生产、检测和验收。

可逆原电池即放电后能充电反复使用 要求两极的电极反应均为可逆反应。

谣言:非氧化还原反应不能设计成原电池。

驳斥:以下多篇文献提供了将非氧化还原反应设计成原电池的方法,因此,不应将这种错误的概念作为"知识"进行传播。

《原电池中非氧化还原反应的电功及等效电极电势》

《一些非氧化还原反应设计成原电池的方法》

《非氧化还原反应设计成原电池的一种方法》

《怎样把非氧化还原反应组装成原电池》

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