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几种“反常”的原电池

来源:未知作者:彭琳 点击:所属专题: 原电池条件 电极材料
原电池是将化学能转变成电能的装置,构成 原电池的一般条件是: 1.两个活泼性不同的电极; 2.电解质溶液; 3.形成闭合回路; 4.能自发发生氧化还原反应。 通常是活泼的金属作负极,金属本身被氧化; 不活泼的金属或非金属作正极,溶液中的阳离子 被还原。 以上“一般”

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原电池是将化学能转变成电能的装置,构成 原电池的一般条件是:

1.两个活泼性不同的电极;

2.电解质溶液;

3.形成闭合回路;

4.能自发发生氧化还原反应。

通常是活泼的金属作负极,金属本身被氧化; 不活泼的金属或非金属作正极,溶液中的阳离子 被还原。

以上“一般”“通常”的描述,是指有许多原电 池表面上不符合以上的规律,却能够放电;有的看似符合构成原电池的条件,却又不能产生电流。

现将一些具有“反常”现象的例子,归纳分析如 下,以便于理解学习。

一、两个电极的材料相同

1.氢氧燃料电池

装置如图1所示,两个电极都是Pt,但H2、O2 吸附在Pt上产生电位差,使反应发生。

负极:2H2 -4e-+4OH=4H2O

正极:O2 +4e- +2H2O=4OH

几种“反常”的原电池

二、正极材料为金属氧化物,电极本身被还原

1.银锌电池

几种“反常”的原电池

装置如图3所示,正极材料为Ag2O,负极材 料为Zn,Ag2O本身就是氧化剂,Zn电极上流出的 电子直接还原Ag2O成Ag,多余的氧与H2O再 结合成OH

负极:Zn-2e- +2OH=Zn(OH)2 正极:Ag2O+2e- +H2O=2Ag+2OH

2.铅蓄电池

装置如图4所示,正极材料为PbO2,负极材 料为Pb,PbO2本身就是氧化剂,Pb电极上流出的 电子直接还原PbO2生成PbSO4,多余的氧再与 H +结合成H2O。

负极:Pb-2e- +SO42 =PbSO4

正极:PbO2 +2e- +SO42+4H =PbSO4 +2H2O

三、两个电极都是化合物,电极本身发生氧化 还原反应

如镍氢电池:负极材料是储氢几种“反常”的原电池合金LaNi5H6; 正极材料是NiO(OH)。

电极本身发生氧化还原反应:

LaNi5H6 +6NiO(OH)几种“反常”的原电池LaNi5 +6Ni(OH)2

四、电解质是非溶液

1. 锂电池

(-)Li | LiI 晶体 | I2( +)

负极:2Li-2e-=2Li

正极:I2+2e-=2I

2. MCFC燃料电池

(-)H2 | 熔融 K2CO3 | O2( +)

电解质为熔融的K2CO3;。

负极:2H2-4e- +2CO32=2CO2+2H2O

正极:O2+4e-+2CO2 =2CO32

3.锂亚硫酰氯电池

此类电池用于心脏起博器,电解质是LiAlCl -SOCl2(无水),C棒为正极,Li为负极。

负极:8Li-8e-=8Li

正极:3SOCl2+8e- =2S+SO32+6Cl

五、看似不能构成闭合回路

装置如图5所示,如用几种“反常”的原电池盐桥连接甲、乙两个烧 杯,则离子可以在两个烧杯中迁移,构成闭合回 路,产生电流。若用铜片代替盐桥,因离子不能从 Cu片上通过,看似不能形成闭合回路,不能产生 电流,但实际上Cu片可看成两个烧杯中又各插入 一个Cu电极并与Cu导线连接,因甲为铜锌原电池, 乙为电解池,所以外电路有电流通过。

甲中:

Zn 为负极:Zn-2e-=Zn2+

Cu 为正极:2H +2e-=H2

乙中:

阳极:Cu-2e-=Cu2+

阴极:Cu2++2e-==Cu

六、看似不能自发发生氧化还原反应

装置如图6所示,Fe与NaCl溶液不能自发 地发生氧化还原反应,看似不符合构成原电池的 条件。但实验测得外电路上有电流通过,其原因 是溶解在食盐水中的O2分子充当了氧化剂,发生 了吸氧腐蚀而构成原电池。电极反应:

负极:2Fe-4e-=2Fe2+

正极:O2 +2H2O+4e-==4OH

几种“反常”的原电池

七、铁做负极,氧化产物为Fe3+,溶液中的阴 离子被还原

装置如图7所示,Fe做负极,用稀HNO3做电 解质,最终生成Fe3+,正极不是溶液中的阳离子被还原,而是阴离子被还原。

电极反应:

负极:Fe-6e-=3Fe2+

正极:2NO3+6e- +8H= 2NO +4H2O

3Fe2++NO3 +4H=3Fe3++NO +2H2O

几种“反常”的原电池

八、金属活泼性较强的为正极,金属活泼性较弱的为负极

在一些特定电极和电解质溶液中,金属活泼 性较强的为正极,金属活泼性较弱的反而为负极, 与由金属活泼性强弱判断正、负极相反。

1. 装置如图8所示,用NaOH作电解质溶 液,A1能与NaOH溶液发生置换反应,而Mg却不 能反应。因此金属性较弱的A1为负极,金属性较 强的Mg为正极。

负极:2Al-6e- +8OH=2Al3+ +4H2O

正极:6H2O+6e-=3H2 +6OH

2. 装置如图9所示,用浓硝酸做电解质溶 液,因Fe发生钝化,生成一层致密的氧化膜保护 了 Fe,所以Cu比钝化的Fe更活泼,更易失去电 子,因此,金属性比较弱的Cu为负极,金属性较 强的Fe反而为正极。

负极:Cu-2e-=Cu2+

正极:2NO3+2e- +4H=2NO2 +2H2O

几种“反常”的原电池


九、看似符合构成原电池的条件,但无电流产生

两个不同电极插人电解质溶液中,且构成闭 合回路,但有可能不能构成原电池。

装置如图10所示,Fe和Al在冷的浓硝酸中 都能“钝化”,在其表面形成一层致密氧化膜,导 致放电反应不能发生。

(责任编辑:化学自习室)
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