原电池原理的应用

　　

　　一、原电池正、负极的判断

　　

　　原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极，其判断的依据有：

　　⒈ 据组成原电池的两极材料判断：当两种金属（或一种金属与一种非金属）作电极时，若有一金属能与电解质溶液（包括其中溶解的O2、CO2）自发进行氧化还原反应，则该金属无论强弱一定作为负极；若两金属都能与电解质溶液反应或都不反应，则相对较活泼的金属应作为原电池的负极失去电子。一般情况下是较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。

　　⒉ 据电流方向或电子流动方向判断：在外电路，电流总是由正极流向负极，电子总是由负极流向正极。

　　⒊ 据电解质溶液里离子的定向移动方向判断：在内电路的电解质溶液里，阳离子总是移向阴极（原电池的正极），阴离子总是移向阳极（原电池的负极）。

　　⒋ 据两极发生的反应判断：原电池的负极（即阳极）总是失去电子发生氧化反应，正极（即阴极）总是得到电子发生还原反应。

　　⒌ 据电极质量的变化判断：原电池工作一段时间后，若某电极的质量增加，说明溶液中的金属阳离子在该电极上放电，该电极活泼性较弱为正极。反之，若某电极的质量减小，说明该极金属溶解，该电极活泼性较强为负极。

　　

　　⒍ 据电极上有气泡产生判断：原电池工作时，若某电极上有气泡产生，是因为该电极上有H2析出，说明该极为正极，活泼性较弱。

　　⒎ 据电极附近pH的变化判断：析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，若某电极附近溶液的pH增大了，说明该电极活泼性较弱为正极。

　　⒏ 据原电池反应方程式判断：原电池反应均为可自发进行的氧化还原反应。在原电池反应方程式中，先判断出氧化剂和还原剂，则总是还原剂（氧化剂）失（得）电子为负（正）极。

　　⒐ 据向电极上通入的气体判断：燃料电池的两电极材料一般相同，它一般不参与化学反应，只起传导电子的作用，故需根据向两极上通入的气体成分判断两极的正负。燃料电池的负极上通入的一定是可燃性气体（还原剂），正极上通入的一定是助燃性气体（氧化剂）。

　　⒑ 据与原电池相连的用电器判断：与原电池相连的不同的用电器，会产生不同的现象，根据用电器所产生的现象可判断原电池的正负极。若用电器为电流表，则可根据电流表指针的偏转方向判断原电池的正负极；若用电器为电解池，则可根据电解池两极上固体质量的变化、气体的产生、附近溶液颜色的变化、溶液中有色带电粒子的移动趋势等判断原电池的正负极。

　　说明：原电池的正极、负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。

　　

　　二、原电池原理在工、农业生产及科研中的应用

　　⒈ 比较金属的活动性强弱：

　　原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。在酸性(非氧化性酸)电解质溶液中，两种金属分别作原电池的两极时，作负极的金属比作正极的金属活泼。

　　⒉ 加快化学反应速率：

　　一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，形成Cu-Zn原电池，能使产生H2的反应速率加快。

　　⒊ 用于金属的防护：

　　使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁制的输水管道或钢铁桥梁等，可将锌与其相连，使锌作原电池的负极。

　　⒋ 设计制作化学电源

　　设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：

　　⑴ 首先将已知氧化还原反应分成两个半反应。

　　⑵ 根据原电池的工作原理和电极反应特点，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。

　　

　　⒌ 电极材料的选择

　　判断出电池反应中的还原剂和氧化剂，将还原剂(一般为比较活泼的金属)作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极，含氧化剂对应离子的电解质溶液作电解液。

　　在原电池中,选择还原性较强的物质作为负极,氧化性较强的物质作为正极,并且原电池的电极必须导电。原电池中的负极必须能够与电解质溶液反应。

　　⒍ 电解质溶液的选择

　　电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜-锌-硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。

　　⒎ 按要求画出原电池装置图。

　　如根据以下反应设计的原电池：

　　电极反应：

　　负极：Fe-2e-=Fe2

　　正极：Cu2++2e－=Cu

　　电池总反应：

　　CuCl2+Fe=FeCl2+Cu

　　还原剂：Fe；氧化剂：CuCl2

　　其装置图为：

　　

　　或：

　　

　　应用原电池原理可以将任何自发进行的氧化还原反应设计成原电池，但有的电池相当微弱，同时要注意电解质溶液不一定参与反应，如燃料电池，水中一般要加入强碱或强酸，以增强溶液的导电性。