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論文精選：《原電池原理》
文章摘要：本文全面講解原電池的知識，包括最簡單的原電池、構(gòu)成原電池的條件、原電池正負極判斷、電極方程式書寫和原電池應用。正負極判斷和電極方程式書寫是重點。
原電池是的高考中的重點知識，也是電化學知識的基礎(chǔ)。
傳統(tǒng)的發(fā)電是通過燃燒加熱水，產(chǎn)生蒸汽，推動發(fā)電機，產(chǎn)生電能。能量轉(zhuǎn)化為化學能→熱能→機械能→電能，能量經(jīng)過多次轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)化率很低。而原電池是直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)化率較高。
一、簡單的原電池
將鋅片與銅片用導線連接，導線中間接一電流表，平行插入盛有稀硫酸的燒杯中，此時電流表指針有偏轉(zhuǎn)，說明有電流通過。
二、構(gòu)成原電池的條件
通過上面銅鋅原電池，我們得出構(gòu)成原電池的條件有：
（1）電極材料。兩種金屬活動性不同的金屬或金屬和其他導電性物質(zhì)；
（2）電解質(zhì)溶液，兩電極同時浸沒在電解質(zhì)溶液中；
（3）兩電極要用導線連接，形成閉合回路。
注意：
①電流表不是必需的，只是檢驗是否有電流通過。
②極活潑的金屬單質(zhì)一般不作做原電池的負極，如K、Ca、Na等。
三、原電池正負極的判斷
（1）由組成原電池的兩極材料判斷
一般來說，較活潑的金屬為負極，較不活潑的金屬為正極。本質(zhì)上能和電解質(zhì)溶液反應的金屬為負極。但具體情況還要看電解質(zhì)溶液。如鎂、鋁電極在稀硫酸在中構(gòu)成原電池，較活潑的鎂為負極，鋁為正極；但鎂、鋁電極在氫氧化鈉溶液中形成原電池時，由于是鋁和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應，失去電子，因此鋁為負極，鎂為正極。
（2）根據(jù)外電路電流的方向或電子的流向判斷
在原電池的外電路，電流由正極流向負極，電子由負極流向正極。
（3）根據(jù)內(nèi)電路離子的移動方向判斷
在原電池電解質(zhì)溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負極。
（4）根據(jù)電極上產(chǎn)生的氣體判斷
原電池工作后，如果一電極上產(chǎn)生氣體，通常是因為該電極發(fā)生了析出氫的反應，說明該電極為正極，活動性較弱。
（5）根據(jù)電極質(zhì)量的變化判斷
原電池工作后，若某一極質(zhì)量增加，說明溶液中的陽離子在該電極得電子，該電極為正極，活潑性較弱；如果某一電極質(zhì)量減輕，說明該電極溶解，電極為負極，活潑性較強。
（6）根據(jù)原電池兩極發(fā)生的化學反應判斷
原電池中，發(fā)生氧化反應的是負極，發(fā)生還原反應的是正極。因此可以根據(jù)總化學方程式中化合價的升降來判斷。
（7）根據(jù)某電極附近pH的變化判斷
析氫或吸氧的電極反應發(fā)生后，均能使該電極附近電解質(zhì)溶液的pH增大，因而原電池工作后，該電極附近的pH增大了，說明該電極為正極，金屬活動性較弱。
四、電極反應式的書寫
（1）準確判斷原電池的正負極是書寫電極反應的關(guān)鍵
如果原電池的正負極判斷失誤，電極反應式的書寫一定錯誤。上述判斷正負極的方法是一般方法，但不是絕對的。
鋁片和銅片同時插入濃硝酸溶液中，由于鋁片表明的鈍化，這時銅失去電子，是負極，其電極反應為：
負極：Cu-2e-=Cu2+
正極：2NO3-+4H++2e-=2H2O+2NO2↑
鋁片和鎂片同時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，而鋁卻反應，失去電子，是負極，其電極反應為：
負極：2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O
正極：6H2O+6e-=6OH-+3H2↑
（2）要注意電解質(zhì)溶液的酸堿性
在正負極上發(fā)生的電極反應不是孤立的，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，電極反應式中不能出現(xiàn)OH-，在堿溶液中，電極反應式中不能出現(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
在同一個原電池中，負極失去電子數(shù)必然等于正極得到的電子數(shù)，所以在書寫電極反應時，一定要考慮電荷守恒。防止由總反應方程式改寫成電極反應式時所帶來的失誤，同時也可避免在有關(guān)計算中產(chǎn)生誤差。
（4）要利用總的反應方程式
從理論上講，任何一個自發(fā)的氧化還原反應均可設(shè)計成原電池，而兩個電極反應相加即得總反應方程式。所以只要知道總反應方程式和其中一個電極反應，便可以寫出另一個電極反應方程式。
四、原電池原理的應用
原電池原理在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活、科學研究中具有廣泛的應用。
1.化學電源
人們利用原電池原理，將化學能直接轉(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)和科學研究以及科學技術(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、輪船，小到電腦、電話、手機以及心臟起搏器等，都離不開各種各樣的電池。
2.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)生化學反應，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)溶液接觸時形成的原電池反應而引起的腐蝕稱為電化學腐蝕，電化學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)個微小的原電池，鐵作負極，碳作正極，發(fā)生吸氧腐蝕：
負極：2Fe-4e-=2Fe2+
正極：O2+4e-+2H2O=4OH-
電化學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的金屬相連接，或者讓金屬與電源的負極相連接均可防止金屬的腐蝕。
3.加快反應速率
如實驗室用鋅和稀硫酸反應制取氫氣，用純鋅生成氫氣的速率較慢，而用粗鋅可大大加快化學反應速率，這是因為在粗鋅中含有雜質(zhì)，雜質(zhì)和鋅形成了無數(shù)個微小的原電池，加快了反應速率。
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