原电池的原理解析和应用

构成原电池的条件有：

（1）电极材料。两种金属活动性不同的金属或金属和其它导电性（非金属或某些氧化物等）；

（2）两电极必须浸没在电解质溶液中；

（3）两电极之间要用导线连接，形成闭合回路。

说明：

①一般来说，能与电解质溶液中的某种成分发生氧化反应的是原电池的负极。

②很活泼的金属单质一般不作做原电池的负极，如K、Na、Ca等。 

（1）较活泼的或能和电解质溶液反应的金属一般作负极。

（2）有气泡产生一极一般是正极。

（3）电子流出的一极是负极，电子流入的一极是正极。

（4）被腐蚀的一极是负极。

（5）发生氧化反应的一极是负极，发生还原反应的一极是正极。

（6）溶液中阳离子移向的一极是正极，阴离子移向的一极为负极。

（1）准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键

如果原电池的正负极判断失误，电极反应式的书写一定错误。上述判断正负极的方法是一般方法，但不是绝对的，例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中，由于铝片表明的钝化，这时铜失去电子，是负极，其电极反应为：

负极：Cu －2e^－＝ Cu^2＋

正极：NO₃^－ + 4H^＋ + 2e^－ ＝ 2H₂O + 2NO₂↑

再如镁片和铝片同时插入氢氧化钠溶液中，虽然镁比铝活泼，但由于镁不与氢氧化钠反应，而铝却反应，失去电子，是负极，其电极反应为：

负极：2Al + 8OH^－－2×3e^－＝2AlO₂^－ + 2H₂O

正极：6H₂O + 6e^－ ＝ 6OH^－ + 3H₂↑

（2）要注意电解质溶液的酸碱性

在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系，如氢氧燃料电池有酸式和碱式，在酸溶液中，电极反应式中不能出现OH^－，在碱溶液中，电极反应式中不能出现H⁺，像CH₄、CH₃OH等燃料电池，在碱溶液中碳（C）元素以CO₃^2－离子形式存在，而不是放出CO₂气体。

（3）要考虑电子的转移数目

在同一个原电池中，负极失去电子数必然等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应时，一定要考虑电荷守恒。防止由总反应方程式改写成电极反应式时所带来的失误，同时也可避免在有关计算中产生误差。

（4）要利用总的反应方程式

从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池，而两个电极反应相加即得总反应方程式。所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应，便可以写出另一个电极反应方程式。 

原电池原理在工农业生产、日常生活、科学研究中具有广泛的应用。 

1. 化学电源：人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池以及高能燃料电池，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学研究以及科学技术的发展中，电池发挥的作用不可代替，大到宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船，小到电脑、电话、手机以及心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。 

2. 加快反应速率：如实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气，用纯锌生成氢气的速率较慢，而用粗锌可大大加快化学反应速率，这是因为在粗锌中含有杂质，杂质和锌形成了无数个微小的原电池，加快了反应速率。 

3. 比较金属的活动性强弱：一般来说，负极比正极活泼。 

4. 防止金属的腐蚀：金属的腐蚀指的是金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应，使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程。在金属腐蚀中，我们把不纯的金属与电解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀，电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀：在潮湿的空气中，钢铁表面吸附一层薄薄的水膜，里面溶解了少量的氧气、二氧化碳，含有少量的H^＋和OH^－形成电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳形成了无数个微小的原电池，铁作负极，碳作正极，发生吸氧腐蚀： 

负极：2Fe －2×2e^－＝2Fe²⁺ 

正极： O₂ + 4e^－+ 2H₂O ＝ 4OH^－  

电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。因此可以用更活泼的金属与被保护的金属相连接，或者让金属与电源的负极相连接均可防止金属的腐蚀。