3.原电池
(1)原电池的构成条件:这是一种把化学能转化为电能的装置.从理论上说,任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。
a. 负极与正极:作负极的一般是较活泼的金属材料,作正极的材料用一般导体即可
b. 电解质溶液:
c. 闭合回路
注意:通常两种不同金属在电解溶液中构成原电池时,较活泼的金属作负极,但也不是绝对的,严格地说,应以发生的电极反应来定.例如,Mg-Al合金放入稀盐酸中,Mg比Al易失去电子,Mg作负极;将Mg-Al合金放入烧碱溶液中,由于发生电极反应的是 Al,故Al作负极。
(2)原电池的工作原理:
(1)电极反应(以铜锌原电池为例):负极:Zn-2e-=Zn2+ (氧化反应)
正极:2H++2e-=H2↑(还原反应)
(2)电子流向:从负极(Zn)流向正极(Cu)
(3)电流方向:从正极(Cu)流向负极(Zn)
(4)能量转变:将化学能转变成电能
(3)电极反应:
在正、负极上发生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,它的负极是多孔的镍电极,正极为覆盖氧化镍的镍电极,电解质溶液是KOH溶液,在负极通入H2,正极通入O2,电极反应:
负极:2H2+4OH--4e-=4H2O
正极:O2+2H2O+4e-=4OH-
负极的反应我们不能写成:2H2-4e-=4H+。因生成的H+会迅速与OH-生成H2O。
(4)金属的腐蚀:
金属的腐蚀分为两类:
(1)化学腐蚀:金属或合金直接与周围介质发生反应而产生的腐蚀。
(2)电化腐蚀:不纯的金属或合金因发生原电池反应而造成的腐蚀。
最普遍的钢铁腐蚀是:负极:2Fe-4e-=2Fe2+
正极:O2+2H2O+4e-=4OH-
(注:在少数情况下,若周围介质的酸性较强,正极的反应是:2H++2e-=H2↑)
|
|
O2+2H2O+4e-=4OH-
2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O
(5)金属的防护
一般有三条途径:其一是改变金属内部结构,如制成合金,其二是涂保护层,其三是电化学保护法。例如在铁表面镀上锌或锡,即成白铁与马口铁,但一旦破损,因原电池反应,白铁外面的锌可进一步起保护作用,而马口铁外面的锡反而会加速腐蚀(铁作负极被溶解)。