原电池原理和应用（教材第一、二、四节内容）
一、 原电池
(一) 原电池概念：将化学能直接转变成电能的装置。
(二) 实质：发生自发的氧化还原反应。电子从负极沿外电路（金属导线）传递到正极，再通过溶液中的
离子形成闭合回路。 (三) 原电池工作原理
负极：发生氧化反应，一般为较活泼的金属。活泼金属失去电子变为金属阳离子。 正极：发生还原反应，一般为相对不活泼的金属或石墨。
负极电极反应：Zn — 2e- ==Zn2+ 正极电极反应：Cu+ 2e==Cu 总结：
原电池工作时，由于负极发生氧化反应，所以有电子流出。电子方向为从负极沿外电路到达正极；电流方向为从正极沿外电路流向负极。溶液中的阴离子移向负极，阳离子移向正极。
2+
-
总反应：Zn + Cu2+ == Zn2+ + Cu
现象：电流表发生偏转，Zn棒质量减轻，Cu棒上有红色物质析出，质量增重。
电子由导线传递方向
较活泼金属 不活泼金属或石墨 氧化反应 还原反应 失电子 得电子
质量减少 质量增多或有气泡产生
(四) 正负极的判断
负极：为活泼金属，发生氧化反应，电子流出，电流流入，质量减少，阴离子移向的电极。
正极：为不活泼金属或石墨，发生还原反应，电子流入，电流流出，质量增多或有气泡产生，阳离子移向的电极。
(五) 形成原电池的条件：两极一液一连线
1. 两电极。一般为活泼性不同的导体（金属或石墨）。
2. 有电解质溶液，一般能与负极发生自发的氧化还原反应。若两个电极在不同的容器中，电解质有与电
极相同的阳离子。
3. 形成闭和回路。如果两个电极在不同的两个不同的容器中，两容器间应用盐桥形成闭合回路。
盐桥：多数由琼脂和饱和氯化钾溶液填充满的U型管。 盐桥的作用：使整个装置形成闭合回路，使溶液保持电中性。 例1：下列能构成原电池的装置是：（ ）
盐桥
Cu
Fe
Fe
Fe
Fe
Cu
Fe
Cu
CuSO 4溶液 FeSO4溶液
(六) 原电池电极反应式的书写 1. 已给总反应方程式
H2SO4溶液
酒精 FeSO4溶液
A B C D
判断物质标得失，选择离子配电荷，凑齐个数巧用水，两式相加验总式。
注：①若正负极的产物会同所处的电解质溶液反应的话，则必须考虑产物同电解质溶液的反应。 如：酸性溶液不可能有OH-、CO32-生成。
碱性溶液不可能有H+、CO2生成。CO2 + 2OH＝CO32- + H2O 溶液中没有O2-。
②在电极方程式中，负极失电子，正极得电子，且电子得失相等。 ③无论是正极、还是负极电极方程式，方程式两边电荷相同。 例2：总反应方程式： CuSO4 + Zn ＝Cu +ZnSO4 正极（还原反应）：Cu + 2e＝ Cu
2+
-
-
负极（氧化反应）：Zn － 2e- ＝ Zn2 +
练习2：将铜片与石墨用导线连接起来，浸泡在装有FeCl3的烧杯里面，发生如下反应：
Cu + Fe3+＝Cu2+ + Fe2+
正极反应：__________________________________________________________________
负极反应： _________________________________________________________________ 2. 未给出总反应方程式
一般先写出氧化还原反应的离子反应，根据负氧正还写电极方程式。 例3 将导线连接好的Mg和Al浸于装有HCl的溶液中（如图）。
总反应的离子反应方程式:__________ ________ _
负极反应:__________________________________________ Mg
正极反应: _________________________________________
（因为铝与氢氧化钠溶液反应，而镁不与氢氧化钠反应。） 二、 化学电源 (一) 电池的分类
Al
HCl溶液
特例：若将例3的HCl溶液换为NaOH溶液，正极材料为 ，负极材料为 。
太阳能电池 将太阳能转化为电能（材料可用单质硅） 原子能电池 应用于航天航空和生物仿生工程
一次电池（干电池） 活性物质消耗到一定程度就不能再使用了。
化学电池 二次电池（蓄电池） 放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用。 燃料电池 将燃料的化学能直接变为电能
化学电池的优点：能量转化率高，可以制成不同形状、大小、容量和电压的电池，使用方便。 (二) 一次电池
碱性锌锰干电池，电解质是KOH，负极为锌外壳，正极为二氧化锰，其电极反应： 负极（Zn）：______________________________________________________
正极（MnO2）：____________________________________________________ 总反应：Zn + 2MnO2 + H2O ＝2MnOOH + Zn(OH)2 锌银纽扣电池的电解质是KOH，其电极总反应如下： 总反应： Zn + Ag2O + H2O ＝ Zn(OH)2 + 2Ag
负极( )： _______________________________________________ 正极( )：________________________________________________ (三) 二次电池
如：铅蓄电池。反应方程式如下式：Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4其放电电极反应：
4(s) +2H2O(l)
负极( )：______________________________________________________
正极( )：______________________________________________________ (四) 燃料电池
一般燃料电池中燃料作负极，O2作正极。书写时注意电解质溶液中的酸碱性。 1.
氢氧燃料电池
① 酸性溶液时，电极反应： 负极： H2 － 2e- ＝2H+ 正极： O2 + 4H+ + 4e- ＝ 2H2O 总反应： 2H2 + O2 ＝2H2O ② 碱性溶液时，电极反应：
负极： _____ 正极：_________________________________ 总反应： 2.
甲烷燃料电池：
酸性溶液时，电极反应：
负极： ___________ 正极：________________________________________ 总反应：
3.
乙醇（C2H5OH）燃料电池：
负极：_________________________________________
碱性介质，电极反应：
正极：
_________________________________________
总反应：_________________________________________ 练习：据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量
2CH3OH + 3O232— + 6H2O，
则下列说法错误的是（ ） A．放电时CH3OH参与反应的电极为负极 B．放电时电解质溶液的pH逐渐减小
C．放电时负极的电极反应为：CH3OH－6e＋8OH ＝ CO32— + 6H2O
－
－
D．放电时每消耗1 mol CH3OH转移12 mol电子
(五) 铝-海水-空气电池：以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。 负极：4Al—12e = 4Al3+
－
正极：3O2 + 6H2O + 12e = 12OH 总反应：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3 三、 原电池的应用 (一) 原电池的设计 例3 将2Fe + Fe
3+
－－
＝3Fe2+ 设计为原电池
负极反应：______________________________________________________________
正极反应：______________________________________________________________
负极电极材料选择 正极电极材料选择 电解质溶液选择
注意：若电极在不同的容器中，需要用盐桥连接，两个容器中的电解质溶液一般选择与电极材料相同阳离子的盐溶液。
(二) 形成原电池加快负极反应速率
例如：实验室制氢气都选择用粗锌而不用纯锌。
例4 将铁片浸入足量稀硫酸中加入下列那种固体生成H2速率会加快 的是（ ） A．K2SO4 B．ZnSO4 C．CuSO4 D．Cu(NO3)2
(三) 比较金属活动性强弱
例5 将A、B、C三块金属浸入稀硫酸中，用导线两两连接。已知AB连接时，B上有气泡冒出。BC
连接时C的质量减少。AC连接时，电流方向为从C到A。
则三种金属活动性由强到弱顺序为 (四) 金属的腐蚀与防护 1.
金属的腐蚀分类
化学腐蚀 金属接触到干燥气体或非电解质液体直接发生反应，无电流产生 金属的腐蚀
电化学腐蚀 不纯的金属与电解质溶液构成原电池，较活泼的金属会被氧化，有电流产生 吸氧腐蚀
① 析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液呈酸性，腐蚀过程中有H2产生。只有金属活动顺序在H之前
的金属能发生析氢腐蚀。 钢铁的析氢腐蚀
正极反应：_____________________________________________________ 负极反应：_____________________________________________________ 总反应：_______________________________________________________ ② 吸氧腐蚀：金属表面的电解质溶液呈碱性或中性，氧气参与电极反应（正极反应）。
钢铁的吸氧腐蚀
析氢腐蚀
总反应方程式:________ _____ _ _
负极反应:__________________________________________ Fe
正极反应: _________________________________________
最终Fe(OH)2被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3再生成铁锈Fe3O2 ：
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ＝4Fe(OH)3 Fe(OH)3＝Fe3O2 + 3H2O 2.
金属的防护
① 隔离法：直接使金属材料与空气或其他腐蚀性物质隔离开。如涂防锈漆、电镀耐腐蚀金属等。 ② 改变金属内部本质结构。如在钢铁在加入铬、镍增强抗腐蚀能力（不锈钢）。
③ 牺牲阳极法：将要保护的金属和另一种比它活泼金属构成原电池。使活泼金属作负极，欲保护的
金属作正极，从而腐蚀负极保护正极。如锅炉内壁和船舶的外壳装上镁合金或锌块。 ④ 外加电流法（见电解池一节）
C
NaCl溶液
原电池原理和应用（教材第一、二、四节内容）
一、 原电池
(一) 原电池概念：将化学能直接转变成电能的装置。
(二) 实质：发生自发的氧化还原反应。电子从负极沿外电路（金属导线）传递到正极，再通过溶液中的
离子形成闭合回路。 (三) 原电池工作原理
负极：发生氧化反应，一般为较活泼的金属。活泼金属失去电子变为金属阳离子。 正极：发生还原反应，一般为相对不活泼的金属或石墨。
负极电极反应：Zn — 2e- ==Zn2+ 正极电极反应：Cu+ 2e==Cu 总结：
原电池工作时，由于负极发生氧化反应，所以有电子流出。电子方向为从负极沿外电路到达正极；电流方向为从正极沿外电路流向负极。溶液中的阴离子移向负极，阳离子移向正极。
2+
-
总反应：Zn + Cu2+ == Zn2+ + Cu
现象：电流表发生偏转，Zn棒质量减轻，Cu棒上有红色物质析出，质量增重。
电子由导线传递方向
较活泼金属 不活泼金属或石墨 氧化反应 还原反应 失电子 得电子
质量减少 质量增多或有气泡产生
(四) 正负极的判断
负极：为活泼金属，发生氧化反应，电子流出，电流流入，质量减少，阴离子移向的电极。
正极：为不活泼金属或石墨，发生还原反应，电子流入，电流流出，质量增多或有气泡产生，阳离子移向的电极。
(五) 形成原电池的条件：两极一液一连线
1. 两电极。一般为活泼性不同的导体（金属或石墨）。
2. 有电解质溶液，一般能与负极发生自发的氧化还原反应。若两个电极在不同的容器中，电解质有与电
极相同的阳离子。
3. 形成闭和回路。如果两个电极在不同的两个不同的容器中，两容器间应用盐桥形成闭合回路。
盐桥：多数由琼脂和饱和氯化钾溶液填充满的U型管。 盐桥的作用：使整个装置形成闭合回路，使溶液保持电中性。 例1：下列能构成原电池的装置是：（ ）
盐桥
Cu
Fe
Fe
Fe
Fe
Cu
Fe
Cu
CuSO 4溶液 FeSO4溶液
(六) 原电池电极反应式的书写 1. 已给总反应方程式
H2SO4溶液
酒精 FeSO4溶液
A B C D
判断物质标得失，选择离子配电荷，凑齐个数巧用水，两式相加验总式。
注：①若正负极的产物会同所处的电解质溶液反应的话，则必须考虑产物同电解质溶液的反应。 如：酸性溶液不可能有OH-、CO32-生成。
碱性溶液不可能有H+、CO2生成。CO2 + 2OH＝CO32- + H2O 溶液中没有O2-。
②在电极方程式中，负极失电子，正极得电子，且电子得失相等。 ③无论是正极、还是负极电极方程式，方程式两边电荷相同。 例2：总反应方程式： CuSO4 + Zn ＝Cu +ZnSO4 正极（还原反应）：Cu + 2e＝ Cu
2+
-
-
负极（氧化反应）：Zn － 2e- ＝ Zn2 +
练习2：将铜片与石墨用导线连接起来，浸泡在装有FeCl3的烧杯里面，发生如下反应：
Cu + Fe3+＝Cu2+ + Fe2+
正极反应：__________________________________________________________________
负极反应： _________________________________________________________________ 2. 未给出总反应方程式
一般先写出氧化还原反应的离子反应，根据负氧正还写电极方程式。 例3 将导线连接好的Mg和Al浸于装有HCl的溶液中（如图）。
总反应的离子反应方程式:__________ ________ _
负极反应:__________________________________________ Mg
正极反应: _________________________________________
（因为铝与氢氧化钠溶液反应，而镁不与氢氧化钠反应。） 二、 化学电源 (一) 电池的分类
Al
HCl溶液
特例：若将例3的HCl溶液换为NaOH溶液，正极材料为 ，负极材料为 。
太阳能电池 将太阳能转化为电能（材料可用单质硅） 原子能电池 应用于航天航空和生物仿生工程
一次电池（干电池） 活性物质消耗到一定程度就不能再使用了。
化学电池 二次电池（蓄电池） 放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用。 燃料电池 将燃料的化学能直接变为电能
化学电池的优点：能量转化率高，可以制成不同形状、大小、容量和电压的电池，使用方便。 (二) 一次电池
碱性锌锰干电池，电解质是KOH，负极为锌外壳，正极为二氧化锰，其电极反应： 负极（Zn）：______________________________________________________
正极（MnO2）：____________________________________________________ 总反应：Zn + 2MnO2 + H2O ＝2MnOOH + Zn(OH)2 锌银纽扣电池的电解质是KOH，其电极总反应如下： 总反应： Zn + Ag2O + H2O ＝ Zn(OH)2 + 2Ag
负极( )： _______________________________________________ 正极( )：________________________________________________ (三) 二次电池
如：铅蓄电池。反应方程式如下式：Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4其放电电极反应：
4(s) +2H2O(l)
负极( )：______________________________________________________
正极( )：______________________________________________________ (四) 燃料电池
一般燃料电池中燃料作负极，O2作正极。书写时注意电解质溶液中的酸碱性。 1.
氢氧燃料电池
① 酸性溶液时，电极反应： 负极： H2 － 2e- ＝2H+ 正极： O2 + 4H+ + 4e- ＝ 2H2O 总反应： 2H2 + O2 ＝2H2O ② 碱性溶液时，电极反应：
负极： _____ 正极：_________________________________ 总反应： 2.
甲烷燃料电池：
酸性溶液时，电极反应：
负极： ___________ 正极：________________________________________ 总反应：
3.
乙醇（C2H5OH）燃料电池：
负极：_________________________________________
碱性介质，电极反应：
正极：
_________________________________________
总反应：_________________________________________ 练习：据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量
2CH3OH + 3O232— + 6H2O，
则下列说法错误的是（ ） A．放电时CH3OH参与反应的电极为负极 B．放电时电解质溶液的pH逐渐减小
C．放电时负极的电极反应为：CH3OH－6e＋8OH ＝ CO32— + 6H2O
－
－
D．放电时每消耗1 mol CH3OH转移12 mol电子
(五) 铝-海水-空气电池：以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。 负极：4Al—12e = 4Al3+
－
正极：3O2 + 6H2O + 12e = 12OH 总反应：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3 三、 原电池的应用 (一) 原电池的设计 例3 将2Fe + Fe
3+
－－
＝3Fe2+ 设计为原电池
负极反应：______________________________________________________________
正极反应：______________________________________________________________
负极电极材料选择 正极电极材料选择 电解质溶液选择
注意：若电极在不同的容器中，需要用盐桥连接，两个容器中的电解质溶液一般选择与电极材料相同阳离子的盐溶液。
(二) 形成原电池加快负极反应速率
例如：实验室制氢气都选择用粗锌而不用纯锌。
例4 将铁片浸入足量稀硫酸中加入下列那种固体生成H2速率会加快 的是（ ） A．K2SO4 B．ZnSO4 C．CuSO4 D．Cu(NO3)2
(三) 比较金属活动性强弱
例5 将A、B、C三块金属浸入稀硫酸中，用导线两两连接。已知AB连接时，B上有气泡冒出。BC
连接时C的质量减少。AC连接时，电流方向为从C到A。
则三种金属活动性由强到弱顺序为 (四) 金属的腐蚀与防护 1.
金属的腐蚀分类
化学腐蚀 金属接触到干燥气体或非电解质液体直接发生反应，无电流产生 金属的腐蚀
电化学腐蚀 不纯的金属与电解质溶液构成原电池，较活泼的金属会被氧化，有电流产生 吸氧腐蚀
① 析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液呈酸性，腐蚀过程中有H2产生。只有金属活动顺序在H之前
的金属能发生析氢腐蚀。 钢铁的析氢腐蚀
正极反应：_____________________________________________________ 负极反应：_____________________________________________________ 总反应：_______________________________________________________ ② 吸氧腐蚀：金属表面的电解质溶液呈碱性或中性，氧气参与电极反应（正极反应）。
钢铁的吸氧腐蚀
析氢腐蚀
总反应方程式:________ _____ _ _
负极反应:__________________________________________ Fe
正极反应: _________________________________________
最终Fe(OH)2被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3再生成铁锈Fe3O2 ：
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ＝4Fe(OH)3 Fe(OH)3＝Fe3O2 + 3H2O 2.
金属的防护
① 隔离法：直接使金属材料与空气或其他腐蚀性物质隔离开。如涂防锈漆、电镀耐腐蚀金属等。 ② 改变金属内部本质结构。如在钢铁在加入铬、镍增强抗腐蚀能力（不锈钢）。
③ 牺牲阳极法：将要保护的金属和另一种比它活泼金属构成原电池。使活泼金属作负极，欲保护的
金属作正极，从而腐蚀负极保护正极。如锅炉内壁和船舶的外壳装上镁合金或锌块。 ④ 外加电流法（见电解池一节）
C
NaCl溶液