化学能与电能的转化—原电池专题 1、概念：把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。 2、原电池的工作原理：通过氧化还原反应（有电子的转移）把化学能转变为电能。 3、构成原电池的条件：（1）电极为导体且活泼性不同；（2）两个电极接触（导线连接或直接接触）；（3）两个相互连接的电极插入电解质溶液构成闭合回路。 【例题分析】 例1、在如图所示的8个装置中，属于原电池的是（） A．①④ B．③④⑤C．④⑧D．②④⑥⑦ 4、电极名称及发生的反应： 负极：较活泼的金属作负极，负极发生氧化反应， 电极反应式：较活泼金属－ne－＝金属阳离子 负极现象：负极溶解，负极质量减少。 正极：较不活泼的金属或石墨作正极，正极发生还原反应， 电极反应式：溶液中阳离子＋ne－＝单质 正极的现象：一般有气体放出或正极质量增加。 5、原电池正负极的判断方法： ①依据原电池两极的材料： 较活泼的金属作负极（K、Ca、Na太活泼，不能作电极）； 较不活泼金属或可导电非金属（石墨）、氧化物（MnO2）等作正极。 ②根据电流方向或电子流向：（外电路）的电流由正极流向负极；电子则由负极经外电路 流向原电池的正极。 ③根据内电路离子的迁移方向：阳离子流向原电池正极，阴离子流向原电池负极。 ④根据原电池中的反应类型： 负极：失电子，发生氧化反应，现象通常是电极本身消耗，质量减小。 正极：得电子，发生还原反应，现象是常伴随金属的析出或H2的放出。 6、原电池电极反应的书写方法： （i）原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，负极反应是氧化反应，正极反应是还原反应。因此书写电极反应的方法归纳如下： ①写出总反应方程式。②把总反应根据电子得失情况，分成氧化反应、还原反应。 ③氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，反应物和生成物对号入座，注意酸碱 介质和水等参与反应。 （ii）原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。
四种主要的锂电池正极材料 LiCoO2 锂离子从LiCoO2中可逆脱嵌量最多为0.5单元.Li1-xCoO2在x=0.5附近发生可逆相变，从三方对称性转变为单斜对称性。该转变是由于锂离子在离散的晶体位置发生有序化而产生的，并伴随晶体常数的细微变化。但是，也有人在x=0.5附近没有观察到这种可逆相变。当x＞0.5时，Li1-x CoO2在有机溶剂中不稳定，会发生释氧反应;同时CoO2不稳定，容量发生衰减，并伴随钴的损失。该损失是由于钴从其所在的平面迁移到锂所在的平面，导致结构不稳定，使钴离子通过锂离子所在的平面迁移到电解质中。因此x的范围为0≤x≤0.5，理论容量为156mA·h/g。在此范围内电压表现为4V左右的平台。当LiCoO2进行过充电时，会生成新的结构 当校子处于纳米范围时，经过多次循环将产生阳离子无序，部分O3相转变为立方尖晶石相结构，导致容量衰减。粒子小时，由于锂离子的扩散路径短，形成的SEI膜较粒子大的稳定，因此循环性能好。例如，70nm的粒子好于300nm 的粒子。粒子大小对自放电也具有明显影响。例如粒子小，自放电速率快。粒径分布窄，粒子的球形性越好，电化学性能越佳。最佳粒子大小取决于电池的要求。 尽管LiCoO 与其它正极材料相比，循环性能比较优越，但是仍会发生衰减， 2 对于长寿命需求的空间探索而言，还有待于进一步提高循环性能。同时。研究过经过长时期的循环后，从层状结构转变为立方尖晶石结构，特别程发现，LiCoO 2 是位于表面的粒子;另外，降低氧化钴锂的成本，提高在较高温度(＜65℃)下的循环性能和增加可逆容量也是目前研究的方向之一。采用的方法主要有掺杂和包覆。 作为锂离子电池正极材料的锂钴氧化物能够大电流放电，并且放电电压高，放电平稳，循环寿命长。.因此成为最早用于商品化的锉离子蓄电池的正极材料，亦是目前广泛应用于小型便携式电子设备(移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等)的正极材料。LiCoO2具有a-NaFeO2型二维层状结构，适宜于锂离子在层间的嵌人和脱出，理论容量为274 mA·h/g。在实际应用中，该材料电化学性能优异，热稳定性好，且初次循环不可逆容量小。实际可逆容量约为120～150 mA·h/g，即可逆嵌人/脱出晶格的锂离子摩尔百分数接近55 %。 在过充电条件下，由于锂含量的减少和金属离子氧化水平的升高，降低了材料的稳定性。另外由于Co原料的稀有，使得LiCoO2的成本较高。 LiCoO2生产工艺相对较为简单，其传统的合成方法主要有高温固相合成法和低温固相合成法。 高沮固相合成法通常以Li2CO3和CoCO3为原料，按Li/Co的摩尔比为1：1配制，在700~900℃下，空气氛围中灼烧而成。也有采用复合成型反应生成LiCoO2前驱物，然后在350～450℃下进行预热处理，再在空气中于700～850℃下加热合成，所得产品的放电容量可达150 mA·h/g。唐致远等以计量比的钴化合物、锂化合物为合成原料在有机溶剂乙醇或丙酮的作用下研磨混合均匀，先在450℃的温度下处理6h.，待冷却后取出研磨，然后再在6～10 MPa压力下压成块状，最后在900℃的温度下合成12～36 h而制得。日本的川内晶介等用Co3O4和Li2 CO3做原料，按化学计量配合在650℃灼烧10h制的温定的活性物质。章福平等按计量将分析纯LiNO3和Co(NO3)2·6H2O混匀，加适量酒石酸，用氨水调
原电池的形成条件 是利用两个电极之间金属性的不同,产生电势差,从而使电子的流动,产生电 流.又称非蓄电池，是电化电池的一种，其电化反应不能逆转，即是只能将化学能 转换为电能，简单说就即是不能重新储存电力，与蓄电池相对。 定义 在高中阶段来说，原电池是将化学能直接转化为电能的一种装置。其原理也是通 过化学反应（在正负极发生不同的氧化还原反应）使闭合电路中产生电子流，从 而产生电流的。其中在正极发生还原反应，负极发生氧化反应。概述 原电池是将化学能转变成电能的装置。所以，根据定义，普通的干电池、燃料电 池都可以称为原电池。 组成原电池的基本条件： 1．将两种活 泼性不同的金属(或导电单质)(Pt和石墨为惰性电极，即本身不会得失电子)(一种是相对较活泼金属一种是相对较不活泼金属)2．用导线连接后插入电解质 溶液中，形成闭合回路。3．要发生自发的氧化还原反应。 原电池工. .. 原电池的工作原理原电池反应属于放热的氧化还原反应，但区别于一般的氧化还 原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在 负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子发 生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移 动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序 的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。 从能量转化角度看，原电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，原 电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给氧化剂，使氧化还原反 应分别在两个电极上进行。 原电池的构成条件有三个： （1）电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属 或某些氧化物等）组成。 （2）两电极必须浸泡在电解质溶液中。 （3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。 只要具备以上三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定 的电流，所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外，还要求有自发进行的氧化还原 反应。也就是说，化学电源必须是原电池，但原电池不一定都能做化学电池。 形成前提：总反应为自发的氧化还原反应
电化学：高中常见电化学方程式的书写 一、原电池： 1、铜锌原电池（电极材料：铜片和锌片，电解质溶液：稀硫酸）： 正极： 负极： 总反应式： 2、铝铜原电池（电极材料：铜和铝；电解质溶液：稀硫酸。） 正极： 负极： 总反应式： 3、铝铜原电池（电极材料：铜片和铝片，电解质溶液：浓硝酸） 正极： 负极： 总反应式： 4、 “纽扣”电池(|()|)Zn OH aq Ag O -2 正极： 负极： 总反应式：Zn Ag O H O Zn OH Ag ++=+2222() 5、镁铝强碱溶液的原电池（电极材料：镁片和铝片，电解质溶液：氢氧化钠溶液） 正极： 负极： 总反应式： 6. 氢镍电池[] H OH aq NiO OH 2|()|()- 正极： 负极： 总反应式：H NiO OH Ni OH 2222+=()() 7. 铅蓄电池(|()|)Pb H SO aq PbO 242 正极： 负极： 总反应式： 8、氢氧燃料电池（H 2SO 4溶液作电解质）： 正极： 负极： 总反应式： 9、氢氧燃料电池（KOH 溶液作电解质）： 正极： 负极： 总反应式： 10、氢氧燃料电池（NaCl 溶液作电解质）： 正极： 负极： 总反应式： 11、氢氧燃料电池[电解质为熔融ZrO 2(掺杂有Y 2O 3)]： 正极： 负极： 总反应式： 15、甲烷燃料电池（KOH 溶液作电解质）： 正极： 负极： 总反应式： 16、熔融盐燃料电池：（用Li 2CO 3和Na 2CO 3的熔融盐混合物作电解质，CO 作阳极燃气，空气与CO 2的混合气为阴极助燃气： 正极： 负极： 总反应式： 17、铝–空气–海水电池（KOH 溶液作电解质）：
1．据组成原电池的两极材料判断 一般情况下，较活泼的金属为负极，较不活泼的金属为正极。 例如：锌、铜和稀H 2SO 4 构成的原电池中，由于锌比铜活泼，所以锌为负极，铜为正 极。但是，要特别注意电解质溶液对正负极的影响。如： 镁、铝和稀H 2SO 4 形成的原电池：由于镁和铝在稀H 2 SO 4 中镁失电子能力要强，所以 镁为负极，铝为正极。而在镁、铝和稀H 2SO 4 、NaOH溶液形成的原电池：由于电解质溶液 为NaOH溶液，铝要溶解而镁不溶解，所以铝为负极，镁为正极。 2．据电流方向或电子流动方向判断 电流是由正极流向负极，电子是由负极流向正极。 3．据电解质溶液里离子的定向移动方向判断 在原电池的电解质溶液里，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。 4．据两极发生的反应判断 原电池的负极总是失去电子发生氧化反应，正极总是得到电子发生还原反应。 5．根据电极产生的现象判断 （1）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。例如： （2 原电池工作时，若某电极上有气泡产生，是因为该电极上有H 2 析出，说明该极为正极，活泼性较弱。 （3）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。
6．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。例如：某原电池总反应式为：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，从离子方程式中我们可以看出铜失去电子被氧化成为正二价的铜离子，所以铜为负极。 7．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。 （1）若连有电流表，则可根据电流表指针的偏转方向判断原电池的正负极.（2）若连接电解池，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。
原电池正负极判断的方法 ①由组成原电池的两级材料判断，一般是活泼金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 ②根据电流方向或电子流动方向判断，电流是由正极流向负极，电子流动方向是由负极流向正极。 ③根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向，在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 ④根据原电池两级发生的变化来判断，原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。 ⑤X极增重或减重：X极质量增加，说明溶液中的阳离子在X极(正极)放电，反之，X极质量减少，说明X极金属溶解，X极为负极。 ⑥X极有气泡冒出：发生可析出氢气的反应，说明X极为正极。 ⑦X极负极pH变化：析氢或吸氧的电极发生反应后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，X极附近的pH增大，说明X极为正极。 原电池： 1.定义：将化学能转化为电能的装置。 2.工作原理： 以铜-锌原电池为例 （1）装置图：
（2）原理图： 3.实质：化学能转化为电能。 4.构成前提：能自发地发生氧化还原反应。 5.电极反应： 负极：失去电子；氧化反应；流出电子 正极：得到电子；氧化反应；流入电子 原电池中的电荷流动: 在外电路(电解质溶液以外)，电子(负电荷)由负极经导线(包括电流表和其他用电器)流向正极，使负极呈正电性趋势、正极呈负电性趋势。在内电路(电解质溶液中)，阳离子(带正电荷)向正极移动，阴离子 (带负电荷)向负极移动。这样形成了电荷持续定向流动，电性趋向平衡的闭合电路。
一、原电池的原理 1.构成原电池的四个条件以铜锌原电池为例 ①活拨性不同的两个电极②电解质溶液③自发的氧化还原反应④形成闭合回路 2.原电池正负极的确定 ①活拨性较强的金属作负极，活拨性弱的金属或非金属作正极。 ②负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应 ③外电路由金属等导电。在外电路中电子由负极流入正极 ④内电路由电解液导电。在内电路中阳离子移向正极，阴离子会移向负极区。 Cu-Zn原电池：负极: Zn-2e=Zn2+ 正极：2H+ +2e=H2↑总反应：Zn +2H+=Zn2+ +H2↑ 氢氧燃料电池，分别以OH和H2SO4作电解质的电极反应如下： 碱作电解质：负极：H2—2e-+2OH-=2 H2O 正极：O2+4e-+2 H2O=4OH- 酸作电解质：负极：H2—2e-=2H+ 正极：O2+4e-+4H+=2 H2O 总反应都是：2H2+ O2=2 H2O 二、电解池的原理 1.构成电解池的四个条件以NaCl的电解为例 ①构成闭合回路②电解质溶液③两个电极④直流电源
锂电池负极材料大体分为以下几种： 第一种是碳负极材料： 目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。 第二种是锡基负极材料： 锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。 第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，目前也没有商业化产品。 第四种是合金类负极材料： 包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金，目前也没有商业化产品。 第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。 第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的冲放电量和充放电次数。 锂金属电池 锂－二氧化锰电池是一种以锂为阳极（负极）、以二氧化锰为阴极（正极），并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍)；终止放电电压为2V；比能量大(金属锂的理论克容量为3074mAh)；放电电压稳定可靠；有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤10%)；工作温度范围－20℃～+60℃。 该电池可以做成不同的外形以满足不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。 锂离子电池 可充电锂离子电池是目前手机、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池，但它较为“娇气”，在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此，在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。锂离子电池充电要求很高，要保证终止电压精度在±1%之内，目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC，以保证安全、可靠、快速地充电。 现在手机已十分普遍，基本上都是使用锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，并且有由几个电池串联并联在一起组成的电池组。锂离子电池的额定电压，因为近年材料的变化，一般为3.7V，磷酸铁锂（以下称磷铁）正极的则为3.2V。充满电时的终止充电电压一般是4.2V，磷铁3.65V。锂离子电池的终止放电电压为2.75V～3.0V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有不同，一般为3.0V，磷铁为2.5V)。低于2.5V（磷铁2.0V）继续放电称为过放，过放对电池会有损害。
一次电池 1、伏打电池：（负极—Zn、正极—Cu、电解液—H2SO4） 负极：正极： 总反应方程式（离子方程式） Zn + 2H+ == H2↑+ Zn2+ 2、铁碳电池：（负极—Fe、正极—C、电解液H2CO3 弱酸性) 负极：正极： 总反应方程式（离子方程式） Fe+2H+==H2↑+Fe2+ (析氢腐蚀) 3、铁碳电池：（负极—Fe、正极—C、电解液中性或碱性) 负极：正极： 化学方程式 2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2 (吸氧腐蚀) 4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3==Fe2O3 +3 H2O (铁锈的生成过程) 5、普通锌锰干电池：(负极—Zn、正极—C 、电解液NH4Cl、MnO2的糊状物) 负极：正极： 6、碱性锌锰干电池：（负极—Zn、正极—C、电解液KOH 、MnO2的糊状物） 负极：正极： 化学方程式 Zn +MnO2 +H2O == ZnO + Mn(OH)2 7、银锌电池：(负极—Zn、正极--Ag2O、电解液NaOH ) 负极：正极： 化学方程式 Zn + Ag2O + H2O == Zn(OH)2 + 2Ag 8、铝–空气–海水（负极--铝、正极--石墨、铂网等能导电的惰性材料、电解液--海水） 负极：正极： 总反应式为： 4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3（铂网增大与氧气的接触面） 9、镁---铝电池（负极--Al、正极--Mg 电解液KOH） 负极(Al)：正极(Mg）： 化学方程式： 2Al + 2OH– + 6H2O ＝ 2〔Al（OH）4〕—+ 3H2 二次电池（又叫蓄电池或充电电池） 1、铅蓄电池：（负极—Pb 正极—PbO2 电解液—浓硫酸） 放电时负极： 正极：
2020年03月07日原电池原理正负极电子流向电极反应式 综合练习题 学校： ___________ 注意事项：注意事项： 2、请将答案正确填写在答题卡上 第1卷 一、单选题 ( ) ①Zn 质量减少，Cu 质量不变； A D ．①③⑤ 2.化学能与热能、电能等能相互转化.关于化学能与其他能量相互转化的说法正确的是( ) A.图1所示的装置能将化学能转变为电能 B.图2所示的反应为吸热反应
C.中和反应中,反应物的总能量比生成物的总能量低 D.化学反应中能量变化的根本原因是化学键的断裂与生成 3.等质量的两份锌粉a和b，分别加入过量的稀硫酸中，并向a中加入少量铜粉，下图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系正确的是( ) A. B. C. D. 4.有A、B、C、D四块金属片,进行如下实验 ①A、B用导线相连后,同时插入稀H2SO4中,A极为负极 ②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,电子由C→导线→D ③A、C相连后,同时浸入稀H2SO4,C极产生大量气泡 ④B、D相连后,同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应 则四种金属的活动性顺序为( ) A.A>C>D>B B.B>D>C>A C.C>A>B>D D.A>B>C>D 5.为了抵御海水的侵蚀,往往会在船体上安装大型的锌块,利用原电池反应:2Zn+2H2O+O2 = 2Zn(OH)2。下列说法正确的是( ) A.锌块作为原电池的负极,发生还原反应而被腐蚀
B.海水中的电解质如NaCl起到了导电的作用 C.正极的电极反应式为:Zn-2e-=Zn2+ D.实际应用中,需用锌块覆满船体,完全隔绝海水以防止钢铁被腐蚀 6.下列关于原电池的说法中,错误的是( ) A.原电池是一种将化学能直接转化为电能的装置 B.原电池中,正极发生氧化反应 C.原电池的电子从负极经导线流向正极 D.原电池的负极材料一般比正极活泼 7.下列装置中,电解质溶液均为稀硫酸,其中不能构成原电池的是( ) A. B. C. D. 8.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是( ) A．反应CH4＋H2O3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－=2H2O CO向电极B移动 C．电池工作时，2- 3 CO D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－=22- 3 9.下列各个装置中能构成原电池的是（）
原电池正负极判断和电极反应式的书写 一、原电池正负极的判断 1、发生失电子氧化反应的电极为负极，发生得电子还原反应的电极为正极。 2、依据外电路中电子的流向：电子流出的电极为负极，电子流入的电极为正极。 3、依据内电路电解质溶液中离子的移向：阴离子移向的电极为负极，阳离子移向的电极为正极。 4、依据反应现象判断：通常负极会逐渐溶解，正极有气体产生或固体析出。 5、原电池的正负极判断不仅要看两极活性的相对强弱，还要看电解质的种类。 一、原电池电极反应式的书写 方法：第一步准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键。第二步根据溶液中离子参加反应情况确定电极反应；第三步将电极反应相加得总反应式。 ⑴负极 ①若负极材料本身被氧化，电极反应式有两种情况：一种是负极金属失电子后生成的金属阳离子不与电解质溶液反应，此时的电极反应式可表示为M-ne-=M n+;另一种情况是生成的阳离子与电解质溶液反应，此时的电极反应要将两个反应叠加在一起。 例题1、写出镁铝为电极，稀硫酸为电解质溶液构成的原电池的电极反应和总反应 正极：负极： 总反应： 2、镁铝为电极，氢氧化钠溶液为电解质溶液构成的原电池 正极：负极： 总反应： 3、铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中 正极：负极： 总反应： 4、铁片和铜片同时插入硫酸铜溶液中 正极：负极： 总反应： ②若负极材料本身不参加反应，如燃料电池，在书负极反应时要将燃料失电子的反应及其产物与电解质溶液的反应叠加在一起书写。 例5、飞船上使用的电池是氢氧燃料电池。如图，两电极均由多孔性碳（或铂）组成。通入气体在电极表面放电，总反应式为2H2+O2=2H2O。按要求写出电极方程式 酸性介质中： 正极：负极： 碱性介质中： 正极：负极： 中性介质中：
如何确定原电池的正负极 原电池是电化学部分的重点和难点，判断原电池正负极是分析一个原电池反应的基础，两个活动性不同的金属电极，哪种金属作负极，不仅与金属的活泼性有关，还与电解质溶液的酸碱性、电解质的强氧化性等性质有关。 一、正负极由金属本身的活动性决定 例1：关于如图所示装置的叙述，正确的是 A．铜是阳极，铜片上有气泡产生 B．铜片质量逐渐减少 C．电流从锌片经导线流向铜片 D．氢离子在铜片表面被还原 解析：图示装置组成的是Zn—Cu原电池，活动性强的金属锌为负极，发生反应：Zn－2e－=Zn2+，铜为正极发生反应：2H++2e－=H2↑，总反应为：Zn+2H+=Zn2++H2↑。原电池工作时，电子由负极(锌)经外电路(导线)流向正极(铜)，电流方向与电子流向相反。 正确答案：D 二、与电解质溶液的氧化性有关 例2：如图所示由浓H2SO4、Zn、Al组成一个原电池，已知Zn、Al过量。试写出可能的电极反应式，并指出正、负极及电极反应类型。 (1)Al片：_____________、_______________。 (可不填满，也可补充，下同) (2)Zn片：_____________、_______________。 解析：浓H2SO4有强氧化性，Al在浓H2SO4中钝化，所以 开始时，活动性相对弱的Zn与浓H2SO4反应：Zn+2H2SO4 =ZnSO4+SO2↑+2H2O，Zn失去的电子经外线路转移到Al片上，H2SO4分子在Al片上得电子变成H2O 和SO2。随着反应的不断进行，浓H2SO4变成稀H2SO4，此时活动性强的Al与稀H2SO4比Zn发生反应：2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑，Al失去的电子经外线路转移至Zn片上，稀H2SO4中的H+在Zn片上得电子变成H2逸出。 参考答案：(1)开始时，正极：2H2SO4+2e－=SO2↑+2H2O+SO42－(还原反应)；后来，负极：2Al－6e－=2Al3++3H2↑(氧化反应)
锂电池几种正极材料的优缺点 锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。负极材料一般选用碳材料，目前的发展比较成熟。而正极材料的开发已经成为制约锂离子电池性能进一步提高、价格进一步降低的重要因素。在目前的商业化生产的锂离子电池中，正极材料的成本大约占整个电池成本的40％左右，正极材料价格的降低直接决定着锂离子电池价格的降低。对锂离子动力电池尤其如此。比如一块手机用的小型锂离子电池大约只需要5克左右的正极材料，而驱动一辆公共汽车用的锂离子动力电池可能需要高达500千克的正极材料。 衡量锂离子电池正极材料的好坏，大致可以从以下几个方面进行评估：（1）正极材料应有较高的氧化还原电位，从而使电池有较高的输出电压；（2）锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有高的容量；（3）在锂离子嵌入/脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化或小发生变化，以保证电池良好的循环性能；（4）正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小，使电池的电压不会发生显著变化，以保证电池平稳地充电和放电；（5）正极材料应有较高的电导率，能使电池大电流地充电和放电；（6）正极不与电解质等发生化学反应；（7）锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数，便于电池快速充电和放电；（8）价格便宜，对环境无污染。 锂离子电池正极材料一般都是锂的氧化物。研究得比较多的有LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4，LiFePO4和钒的氧化物等。导电聚合物正极材料也引起了人们的极大兴趣。 1、LiCoO2 在目前商业化的锂离子电池中基本上选用层状结构的LiCoO2作为正极材料。其理论容量为274mAh/g，实际容量为140mAh/g左右，也有报道实际容量已达155mAh/g。该正极材料的主要优点为：工作电压较高（平均工作电压为3.7V）、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好，电导率高，生产工艺简单、容易制备等。主要缺点为：价格昂贵，抗过充电性较差，循环性能有待进一步提高。 2、LiNiO2
原电池是高中化学的一个难点，又极易与电解池混淆，尤其是对原电池的电极反应书写学生总是感觉难。因此，老师在复习这部分知识时要善于对知识点和方法进行归纳总结，使学生在理解原电池基本原理的基础上，归纳原电池的基本形式，掌握每一类原电池电极反应的书写方法与技巧，就能有效突破这一难关。 一，正确理解和记忆原电池原理是书写电极反应式的前提。 1、用图象清析原电池的原理。 原电池的基本原理可以用下图清析直观的列示：正负极的判断、正负极发生的反应类型、内电路（电解质溶液中）阴阳离子的移动方向、外电路中电子的流向及电流方向等。 2、用“口诀”归纳记忆原理 显然，要正确理解原电池的基本原理，就要准确把握原电池中“自发进行的氧化还原反应、原电池正负极的确定、外电路电子的流向、内电路（电解质溶液）中阴阳离子的移动方向”等基本要素。为了让学生能理解和记住上述基本要素，我用“口诀”概括上述基本原理，读起来既上口又易记，用起来便得心应手了。“口诀”为：“原电池有反应，正极负极反应定；失升氧是负极，与之对立为正极；外电路有电流，依靠电子负正游；内电路阳离子，移向正极靠电子；阴离子平电荷，移向负极不会错。” 其中“原电池有反应”是指原电池有自发进行的氧化还原反应发生，是将化学能转化为电能的装置；“正极负极反应定”是指原电池正负极的确定要依据所发生的氧化还原反应来定。“失升氧是负极，与之对立为正极”是原电池正负极的正确判断方法，而不能简单的记为“相对活泼的金属为负极，而相对不活泼的金属或非金属为正极”，再给学生例举以下两个原电池让学生加深理解正负极的确定。
“内电路阳离子，移向正极靠电子”意思是正极上有带负电的电子，从而能吸引阳离子向正极移动；其余几句不言而喻，就不再解释了。 二，归纳原电池的基本形式，由浅入深，各个击破电极反应式的书写。 正确书写原电池电极反应式的基本方法和技巧是：首先要正确书写原电池中自发进行的总反应，如果是离子反应的就应该书写离子方程式，然后再将反应拆分为氧化反应即为负极反应，还原反应即为正极反应。如果是较为复杂的电极反应如燃料电池电极反应的书写则一般先写总反应和简单的电极反应，然后用总反应减简单的电极反应就可得到复杂的一极电极反应。 根据考试大纲要求学生会书写电极反应的原电池的基本形式有如下几类： 1、金属与酸（H+）、盐(Mn+)构成的原电池 金属与酸（H+）、盐(Mn+)构成的原电池是最基本的一类原电池，也是学生要重点掌握的一类原电池，这类原电池的实质是负极金属失电子被氧化，正极H+、Mn+得电子被还原，可根据原理直接书写。 2、金属与碱反应的非置换反应类型原电池 这类原电池在中学阶段主要是铝和其它金属或非金属碳在氢氧化钠溶液中形成的原电池，其总反应为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，该电池的实质是负极金属铝失电子被氧化为Al3+，然后是Al3+ + 4OH- = AlO2- +2H2O,因此负极的电极反应应为：2Al + 8OH- -6e- = 2AlO2- +4H2O；而正极是H2O得电子被还原生成H2，故正极反应为：6 H2O+6e- =6 OH-+3 H2↑。 3、金属的吸氧腐蚀类原电池
考点 原电池中正负极的判断 1.（2019全国Ⅰ卷）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV 2+/MV +在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是 A. 相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B. 阴极区， 氢化酶作用下发生反应H 2+2MV 2+ 2H ++2MV + C. 正极区，固氮酶催化剂，N 2发生还原反应生成NH 3 D. 电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 2.（2019全国Ⅲ卷）为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn （3D ?Zn ）可以高效沉积ZnO 的特点，设计了采用强碱性电解质的3D ?Zn —NiOOH 二次电池，结构如下图所示。电池反 应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H 2O(l)???→←???放充电电 ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。 A. 三维多孔海绵状Zn 具有较高的表面积，所沉积的ZnO 分散度高 B. 充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH ?(aq)?e ?NiOOH(s)+H 2O(l) C. 放电时负极反应为Zn(s)+2OH ?(aq)?2e ? ZnO(s)+H 2O(l) D. 放电过程中OH ?通过隔膜从负极区移向正极区 3．（2018课标Ⅲ）一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O 2与Li +在多孔碳材料电极处生成Li 2O 2-x （x =0或1）。下列说法正确的是
A. 放电时，多孔碳材料电极为负极 B. 放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C. 充电时，电解质溶液中Li +向多孔碳材料区迁移 D. 充电时，电池总反应为Li 2O 2-x =2Li+（1－ 2 x ）O 2 4．（2016课标Ⅱ）Mg —AgCl 电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是 A ．负极反应式为Mg-2e -=Mg 2+ B ．正极反应式为Ag ++e -=Ag C ．电池放电时Cl -由正极向负极迁移 D ．负极会发生副反应Mg+2H 2O=Mg(OH)2+H 2↑ 1．工作原理示意图(以铜锌原电池为例) 2．原电池电极的判断
锂电池正负极材料粘接剂 Author:Harrison 1.正极材料粘接剂PVDF 正极粘接剂90%为PVDF，也有部分水性粘接剂； 1.1 PVDF(Polyvinylidene Fluoride)理化性质 外观为半透明或白色的粉体或颗粒，分子间存在较强的氢键，含氧指数46%，不燃，结晶度65%-78%，密度1.17-1.79g/cm3,熔点173，热变形温度112-145℃，长期使用温度-40-150℃。 水溶性：不溶于水； 分子式：（-CH2-CF2-）n CAS号：24937-79-9 1.2 含氟聚合物 PTFE聚四氟乙烯 PCTFE聚三氟氯乙烯 PVF聚氟乙烯 PVDF聚偏二氟乙烯 1.3 粘接剂 概念：由树脂加入一些特殊的助剂，经注塑或挤出等加工工艺得到的高分子聚合物。 作用：保证活性物质制浆时均匀和安全性，粘接作用，有利于形成SEI膜。 1.4 锂离子电池对粘接剂的要求 对活性物质有较好的黏性力，浆料长时间保持稳定 对箔材有较好的粘接性,粘接集流体 在宽电压范围内稳定性好，正极粘接剂在正极高压不被氧化，负极低压不被还原，极片辊压后不易反弹 高熔点，切片时不易碎裂 在电解液中不易溶胀且对电解液不发生发应，有较好的离子电导率 有良好的加工性能 有一定的耐中高温性200℃ 环境友好，安全，成本优势 1.5 PVDF的性能 ●PVDF浆料遇水析出 PVDF出现凝胶与分子结构、支链分布、接枝等； PVDF不溶于水，NMP溶于水，因此PVDF溶于PVDF时可能因为PVDF吸附了空气中的水分或者是NMP有水分，因而产生了凝胶； ●PVDF颜色变化 一是高温烘烤的变黄趋势，氟离子的剥离 二是NMP中的游离氨增多，攻击C-F键，或者杂质、纯度、含碱量引起从无色到咖啡色的深浅变化；
原电池正负极的确定 ① 由两极的相对活泼性确定：相对活泼性较强（针对电解质溶液而言）的金属为负极（一般地，负极材料与电解质溶液要发生反应），相对活泼性较差的金属或导电的非金属等为正极。如： Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中: 负极为Mg: Mg - 2e- = Mg2+ ; 正极为Al: 2H+ + 2e- = H 2 但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al。（思考：Al—Cu—HCl 溶液、Al—Cu—浓HNO 3 溶液构成的原电池中的负极分别为什么？） ② 由电极变化情况确定：某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，则此电极为负极；若某一电极上有气体产生、电极的质量不断增加 或不变，该电极发生还原反应，则此电极为正极。如：Zn—C—CuSO 4 溶液构成的原电池中，C电极上会析出紫红色固体物质，则C为此原电池的正极。 ③ 根据实验现象确定：一般可以根据电极附近指示剂（石蕊、酚酞、湿润的KI–淀粉等）的显色情况来分析推断该电极发生的反应情况，是氧化反应还是还原反应，是H+还是OH－或I－等放电，从而确定正、负极。如用酚酞作指示剂，则溶液变红色的那一极附近溶液的性质为碱性，是H+放电导致c(OH－)＞c(H+)，H+放电是还原反应，故这一极为正极。 ④ 如两极都是惰性电极（一般用于燃料电池），则可以通过定义和总反应式来分析，发生氧化反应的气体（或对应物质）所对应的一极为负极。如碱性溶 液中的甲醇燃料电池，其总反应式为：2CH 3OH+3O 2 +4KOH=2K 2 CO 3 +6H 2 O，CH 3 OH被氧 化，则通入甲醇的一极为负极，通入氧气的一极为正极。 ⑤ 如果题目给定的是图示装置，可根据电子流动方向或其它提示来分析正、负极。 原电池正、负极的确定 (1)由两极的相对活泼性确定：相对活泼性较强的金属为负极，相对活泼性较差的金属或导电的非金属为正极。一般，负极材料与电解质溶液要能发生反应，如：Mg－Al－HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al。 (2)根据在两电极发生反应的物质的化合价的升降情况来判断。如：甲醇燃烧电池，顾名思义，甲醇燃烧一般生成二氧化碳，则碳的价态升高，失电子。所以通入甲醇的电极为负极。 (3)由电极变化情况确定：某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发
四种锂电池负极材料的PK 作者：中国储能网新闻中心来源：电池中国网发布时间：2016-8-8 18:46:00 中国储能网讯：负极材料作为锂电池四大组成材料之一，在提高电池 的容量以及循环性能方面起到了重要作用，处于锂电池产业中游的核心环节。调研显示，2015年中国负极材料产量7.28万吨，同比增长42.7%，国内产值为38.8亿元，同比增长35.2%。这标志着锂电池负极材料市场 迎来了发展的春天。 负极材料分类众多，其中石墨类碳材料一直处于负极材料的主流地位。编辑总结发现，近日受到追捧的石墨烯概念、业内使用较为普遍的人工石墨、性能稳定的中间相碳微球以及有“新大陆”之称的硅碳复合材料，在 负极材料领域形成了“四方争霸”的局面。下面就让编辑带大家了解一下 这“四方霸主”的厉害吧。 独占一方的石墨烯 石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，因为质地薄、硬度大且电子移动速度快而被科学家广泛推崇，并冠以“新材料之王”的
美誉。尽管这位“王者”优异的化学性能被新能源市场所看好，但是至今 为止依然停留在“概念化”的阶段。 如果将石墨烯用作锂电负极材料的话，需要独立的上下游产业链、昂 贵的价格还有复杂的工艺，这让众多负极材料厂商望而却步。尽管如此， 国内依然有一些企业砥砺前行，目前中国安宝、大富科技以及贝特瑞等知 名企业已经开始布局石墨烯产业。 但是，行业内关于石墨烯用作负极材料的质疑也在不断发酵，有人认 为石墨烯的振实和压实密度都非常低，又加之成本昂贵，作为电池负极材 料前景十分渺茫。但是鉴于它的热潮还在持续，说它是“一方霸主”也不 为过。 控制“主场”的人工石墨 目前负极材料主要以天然石墨和人造石墨为主，这两种石墨各有优劣。湖州创亚总经理胡博表示：“天然石墨克容量较高、工艺简单、价格便宜，但吸液及循环性能差一些；人造石墨工艺复杂些、价格贵些，但循环及安 全性能较好。通过各种手段的技术改进，这两种石墨负极材料都可以‘扬 长避短’，但就目前来看，人造石墨用于动力电池上占据一定的优势”。 而这一说法也在市场中得到了印证。相关媒体调研数据显示，今年第 一季度中国天然石墨产量4770吨，同比增长16.3%；人造石墨出货15160吨，同比增长110.5%。从以上数据来看，人造石墨出货量远高于天然石墨，而造成这一现象的重要原因，是今年以来市场对动力电池的强 劲需求。 性能稳定的中间相碳微球 中间相碳微球具有高度有序的层面堆积结构，是典型的软碳，石墨化 程度较高，结构稳定，电化学性能优异。据中咨网研究部统计数据显示，2012年中国负极材料出货量为27650吨，其中天然石墨出货量占比59%，人造石墨30%，石墨化中间碳微球8%。就此说来，中间相碳微球是仅次于天然石墨和人工石墨的第三大主流碳类负极材料。
专题讲座(三) 判断原电池的正、负极及电极反应式的书写 1．判断原电池的正、负极。 (1)由组成原电池的两极电极材料判断。一般是活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极(注：一定要注意实际情况，如：Mg —Al —NaOH ，Al 才是负极；Al —Cu —浓硝酸，Cu 才是负极)。 (2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。 (3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。 (4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应(负失氧)，其正极总是得电子发生还原反应(正得还)。 (5)根据原电池的两极发生的现象判断。溶解或质量减轻的电极为负极，电极增重(有金属析出)或有气泡放出的一极为正极(此规则具有相当的局限性，可用于一些非常规的原电池的电极判定，如Al —Cu —稀硫酸，但不适用于目前许多的新型燃料电池的电极的判定)。 学习中常犯的错误是原电池正负极的判断，不一定是较活泼的金属一定作负极，而要看是否发生氧化反应。如：铁、铜和浓硝酸组成的原电池，虽然铁的活泼性比较强，但不能与浓硝酸反应，而铜可以，因此铜作负极，铁作正极。 2．电极反应式的书写。 (1)一般电极反应式的书写。 (2)复杂电极反应式的书写。 复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式 如书写CH 4在酸性燃料电池中
总反应式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O 正极反应式：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O 负极反应式：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋ (3)注意问题。 ①书写电极方程式时一定要考虑电解质溶液的酸碱性，如氢氧燃料电池，在酸性溶液中，负极反应：H2－2e－===2H＋；在碱性溶液中负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===2H2O。 ②原电池中正、负极电极反应式，对于强弱电解质的书写形式，一般要求与离子方程式相同。 (4)题目给定总反应式。 ①分析化合价，确定电极反应物与产物，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的原理，写出正、负电极的反应物与产物。 ②在反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。 ③根据质量守恒配平电极反应式。 [练习]____________ ____________________________ 1．一种燃料电池中发生的化学反应为在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是( ) A．CH3OH(g)＋O2(g)===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)＋2e－ B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l) C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq) D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－ 解析：燃料电池中，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应，即负极反应中不可能有氧气参与。 答案：C 2．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( ) A．有O2参加反应的a极为电池的负极 B．b极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－