氧化还原反应原电池
原电池工作原理本质是氧化还原反应
电池是一种将化学能转化为电能的装置，它的核心原理是氧化还原反应。通 过改变物质的电子数目，使得自愿变化可以提供电子流。
电池的定义和作用
电池是一种将化学能转化为电能的装置。它在现代生活中的应用非常广泛， 用于提供便携式电源以驱动各种设备和系统。
氧化还原反应的基本概念
氧化还原反应是指物质的氧化态和还原态之间电子的转移过程。氧化态失去 电子，还原态获得电子，反应过程中伴随能量的释放或吸收。
电化学原理和化学反应的关系
电化学原理研究电能与化学反应之间的关系。化学反应可通过控制电子流动来实现，而电化学原理为我 们提供了实现这种控制的方法和理论基础。
电池的种类和分类
电池可以根据不同的化学构成和工作原理进行分类。常见的电池包括干电池、 充电电池、镍镉电池、氢电池、锂离子电池、三元锂电池、钛酸锂电池、铅 酸电池等。
干电池和充电电池的区别
干电池是一次性使用并不可充电的电池，典型的例子是碱性电池。而充电电 池则可以通过外部电源充电和放电循环使用。
镍镉电池和氢电池的特点与应 用
镍镉电池是一种典型的可充电电池，具有高能量密度和长寿命的特点，广泛 应用于便携电子设备和交通工具。氢电池由氢气和氧气反应产生电能，其主 要应用领域包括航天、能源储存等。
锂离子电池的结构和工作原理
锂离子电池由正极、负极和电解质组成。它的工作原理基于锂离子在充电和 放电过程中在正负极之间的迁移，通过控制锂离子的流
氧化还原反应——电极电势：原电池
氧化
Cr2O27- +14H++ 6e- → 2Cr3++7H2O 还原
原电池符号
(-)Pt, Cl2(p) Cl-(c) H+(c2), Cr2O27-(c1), Cr3+(c3) Pt(+)
原电池的表示方法课堂练习
2H2 + O2 → 2H2O
电极反应
H2 - 2e- → 2H+ 氧化 O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O 还原
低氧化态离子靠近电极，中间 用“,”分开。
Sn4+/Sn2+ Sn4+(c1), Sn2+(c2) | Pt (+)
2.原电池的表示方法
注 电极反应中的其它的物质也应 意 写入电池符号,Cr2O72-/Cr3+, O2/OH-
Cr2O72-+14H++ 6e- → 2Cr3++7H2O
H+(c2), Cr2O72(- c1), Cr3+(c3) | Pt (+)
原电池符号
(-) Pt, H2(p1) | H+(c1) || H+(c1), H2O | O2(p2), Pt(+)
注 组成电极中的气体物质应靠近 意 电极，在括号内注明压力。
H+/H2
H+(c1) | H2(p), Pt(+)
(-)Zn | Zn2+(c1) H+(c1) | H2(p), Pt(+)
O2/OH- (-)Pt, O2(p) | OH- (c1)
2.原电池的表示方法
注 电极中含有不同氧化态同种离 意 子时，高氧化态离子靠近盐桥，
【电化学】原电池反应不一定是氧化还原反应
原电池反应不一定是氧化还原反应原电池反应一定必须是氧化还原反应么？答案是否定的。
有几种原电池的电池反应不是氧化还原反应，如：一、酸碱中和反应酸碱中和反应:H+(aq)+OH－(aq)=H2O(l)，可以以H2或O2作为“中间产物”，电极可以为酸性溶液中的氢电极、碱性溶液中的氢电极、酸性溶液中的氧电极以及碱性溶液中的氧电极。
1．以H2为中间产物正极是酸性氢电极（将铂片表面镀上一层多孔的铂黑，放入酸溶液中，以下类似，略），负极是碱性氢电极。
电极反应和电池反应如下: 正极: 2H+(aq)+ 2e- = H2(g)负极: H2(g)+ 2OH－(aq) -e- = 2H2O电池总反应: H+(aq)+ OH－(aq) = H2O(l)由此设计组装的原电池可表示为:Pt，H2(g)∣OH－(aq)‖H+(aq)∣H2(g)，Pt 2．以O2为中间产物负极是碱性氧电极，正极是酸性氧电极。
电极反应和电池反应如下:正极: O2(g)+ 4H+(aq) + 4e- = 2H2O负极: 4OH－(aq) -4e- = O2(g) + 2H2O电池总反应: H+(aq)+ OH－(aq) =H2O(l)由此设计组装的原电池可表示为:Pt，O2(g)∣OH－(aq)‖H+(aq)∣O2(g)，Pt二、沉淀反应如沉淀反应：Ag+(aq)+ Cl－(aq) =Ag Cl(s)，在设计组装原电池时，可选择金属银作中间产物，正极是氯化银难溶盐电极，负极是金属银电极。
电极反应和电池反应如下:正极: Ag++ e- = Ag负极: Ag -e- + Cl－(aq) = AgCl电池总反应: Ag+(aq)+ Cl－(aq) = AgCl(s)由此设计组装的原电池可表示为:Ag，AgCl∣Cl－(aq)‖Ag+(aq)∣Ag三、沉淀转化如反应：AgCl(s)+ I－(aq) = AgI(s)+ Cl－(aq)，在设计组装原电池时，可选择金属银作中间产物，正极是碘化银难溶盐电极，负极是金属银电极。
原电池工作原理本质是氧化还原反应
原电池工作原理本质是氧化还原反应电池是通过氧化还原反应来实现能量转换的装置，它通过将化学能转化为电能，供给我们所需要的电力。
电池的工作原理可以追溯到化学反应中的氧化还原反应。
氧化还原反应是指一个物质失去电子被氧化，而另一个物质获得电子被还原的过程。
在电池中，两个氧化还原反应同时进行，一个作为阴极反应，一个作为阳极反应。
这两个反应共同产生了电力。
电池实质上是由两个半电池组成的，其中一个半电池是正极，也称为阳极，负责氧化反应；另一个半电池是负极，也称为阴极，负责还原反应。
两个半电池之间通过电解质连接。
在一个典型的电池中，通常有两种基本的原电池工作原理：1.干电池：干电池包含一个锌阳极和一个二氧化锰阴极。
在这个电池中，锌离子被还原为锌金属，而二氧化锰被氧化为二氧化锰。
这个反应产生了电子，形成了电流。
同时，电解质帮助离子在两个半电池之间传递。
2.燃料电池：燃料电池以氢气为燃料，通过氧化还原反应产生电流。
在一个标准的燃料电池中，氢气在阳极处被氧化为氢离子，并且这些氢离子穿过电解质层从阳极运输到阴极。
与此同时，在阴极处，氧气被还原为氧离子，然后与氢离子结合形成水。
无论是干电池还是燃料电池，它们的工作原理都是在两个半电池中进行氧化还原反应，以产生电流。
这个电流可以通过外部电路来提供电力。
总结来说，电池的工作原理本质上是通过氧化还原反应来实现的。
氧化还原反应在两个半电池中同时进行，产生电子和离子运动，从而形成电流。
电流通过外部电路供给我们所需要的电力。
电池的工作原理的深入理解对于我们理解和使用电池具有重要意义。
氧化还原反应与原电池
电极材料
铜片、锌片、碳棒等；
电解质溶液
稀硫酸、食盐水、氢氧化钠溶液等；
其他材料
盐桥、导线、电流表等；
工具
烧杯、滴定管、搅拌器、电烙铁等。
原电池的制作过程与注意事项
制作电极
配置电解质溶液
组装原电池
测试原电池性能
注意事项
将选定的电极材料加工 成适当的大小和形状；
根据需要，将适量的电 解质溶解在水中；
将电极插入电解质溶液 中，通过导线连接电流 表；
观察电流表是否显示电 流，记录实验数据。
确保电极间距适中，避 免短路；电解质溶液应 适量，避免过饱和或不 足；注意安全，避免电 极短路或电解过度导致 发热或爆炸。
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原电池中氧化还原反应的类型与实例
01
活性金属-活性非 铜作为氧化剂，发生氧化还原反 应产生电流。
02
活性金属-不活泼金 属型
如铁-银原电池，铁作为还原剂， 银作为氧化剂，发生氧化还原反 应产生电流。
03
燃料电池型
燃料电池通过燃料（还原剂）和 氧气（氧化剂）的反应产生电流， 如氢氧燃料电池。
原电池的设计原则与步骤
确定反应物和产物
根据氧化还原反应的原理，确定参与 反应的物质和生成物。
选择合适的电极材料
根据反应性质和可获得性，选择适当 的电极材料。
设计电解质溶液
根据反应物和产物，选择合适的电解 质溶液。
确定电极间距和连接方式
根据实验需求，确定电极之间的距离 和连接方式。
原电池的制作材料与工具
根据化合价变化确定电子 转移数目。
电子转移过程
通过离子或共价键实现电 子转移。
02
原电池的基本原理
氧化还原反应-原电池
（3）能自发地进行氧化还原反应
讨论：以下装置是否能构成原电池
1
Zn Zn
2、3、4能
2
Zn C
3
Zn Fe
稀H2SO4
4
Zn Cu
稀H2SO4
5
C Fe
稀H2SO4
6
Zn Cu
稀H2SO4
酒精
稀H2SO4
4.特征
书p80讨论
由于正极吸引电子作用，促使负极失去 电子速率增加，反应速度快。
Cu作__负__极，②Fe作_正___极 电极反应式是：负极_C_u_-_2_e_→__C_u_2_+_
正极_2_N_O_3_- _+_4_H_+_+__2_e→__2_N_O__2↑__+_2_H__2O__ 总反应式是C_u_+_4_H__N_O_3_(浓__)_→__C_u_(_N_O_3_)_2+_2_N_O__2↑__+_2_H_2_O_
5.结果：
（1）发生能量变化（化学能转变为电能） （2）负极的活泼金属由于失去电子被氧化 而本身被消耗——即被腐蚀。
6、原电池正负极的判断方法：
（1）根据两极的金属活泼性判断 金属性相对活泼的一极作负极，
另一极为正极； （2）根据电子流动的方向判断
电子流出的一极为负极，电 子流进的一极为正极；
（3）根据发生的反应判断
锈，下列对起原因的分析，最可能的是（ D ）
A. 它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金； B. 环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去； C. 铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化； D. 它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；
从氧化还原反应原理分析原电池
氧化还原反应中存在电子的得失，在该反应中，线桥仿佛是一根
导线，假如电子能在导线上流动，就会由电子的转移变成电子的
定向移动，也就形成了电流。因此，并不是所有的反应均可以设
计成原电池，只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
从单线桥上看，可将导线一端连接在锌极上，另一端当然不可能
直接放在溶液中，因此可将另一端连接在一个能导电的电极上，
解析
由题给电极反应式可知，Ag2O得到电子，发生还原反应，
作原电池的正极。
答案 B
3．电子的流向及离子的流向
整个原电池装置是一个闭合回路，在外电路中(导线)是靠电子的
定向移动导电，在溶液中则是靠阴、阳离子的定向移动导电。在
外电路中，电子是由负极流向正极，电流的方向与电子移动的方
向相反，由正极流向负极。在溶液中，阳离子移向正极，阴离子
电子在导线中实现了定向移动，即形成了电流。这样，化学反应
的化学能就转变成了电能，这样的装置我们称之为原电池。
2．原电池的构成
从以上分析可以看出，原电池是由两个活动性不同的电极、电解
质溶液构成的闭合回路，也就是说原电池的构造是①两个活动性
不同的电极；②电解质溶液；③闭合回路，如下图。
在原电池中，科学上规定把电子流出的一极称为负极(较活泼的金
反应方程式可以很容易地设计原电池装置。
典例3
人造地球卫星上使用的一种高能电池 ——银锌蓄电池，其
电池的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O ＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断Ag2O是( A．负极，被氧化 C．负极，被还原 B．正极，被还原 D．正极，被氧化 )
生成 PbSO4。根据充电时的总反应，可判断出充电时硫酸的浓度
原电池与氧化还原反应
原电池与氧化还原反应作者：杨丙彦来源：《中学生数理化·自主招生》2019年第08期氧化还原反应和原电池是高考的核心考点，氧化还原反应的本质是电子的转移，而原電池在工作时必须有电子的流动。
可见，原电池是利用了氧化还原反应，把化学能转变成电能。
在高考中，氧化还原反应是基础，原电池是其应用。
一、从氧化还原反应的基础知识看原电池反应原理的考查在氧化还原反应中，反应物所含元素化合价升高的反应叫作氧化反应;反应物所含元素化合价降低的反应叫作还原反应，氧化反应与还原反应既对立又统一。
在原电池中，主要是其工作原理：负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，电子从负极流向正极，在内电路中，由于电势差的作用，阴离子移向负极，阳离子移向正极。
例如，在把氧化还原反应设计成原电池这类题目中，要用到这些考点。
二、从氧化还原反应的规律——优先律看原电池的考查同时含有几种还原剂时，加入氧化剂将按照还原性由强到弱的顺序依次反应;同时含有几种氧化剂时，加入还原剂将按照氧化性由强到弱的顺序依次反应，这是氧化还原反应的规律之一：优先律。
而在原电池的考点中，也有这样的考点，当有两种阳离子同时向正极靠近的时候，由于阳离子在正极发生还原反应，是氧化剂，现在有两种氧化剂，当然是氧化性较强的首先放电。
因此，在原电池正负极电极方程式的书写过程中，必须考虑此规律。
不仅如此，还要掌握常见离子的放电顺序：三、从氧化还原反应的规律——守恒律看原电池的考查在氧化还原反应中氧化剂得到的电子总数与还原剂失去的电子总数相等，即得失电子守恒。
利用守恒思想，可以抛开烦琐的反应过程，可不写化学方程式，不追究中间反应过程，只要把物质分为初态和终态，从得电子与失电子两个方面进行整体思维，便可迅速获得正确结果，该规律可用于有关氧化还原反应的计算。
（责任编辑谢启刚）。
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3
Zn Fe
稀H2SO4
4
Zn Cu
稀H2SO4
5
C Fe
稀H2SO4
6
Zn Cu
稀H2SO4
酒精
稀H2SO4
4.特征
书p80讨论
由于正极吸引电子作用，促使负极失去 电子速率增加，反应速度快。
5.结果：
（1）发生能量变化（化学能转变为电能） （2）负极的活泼金属由于失去电子被氧化 而本身被消耗——即被腐蚀。
⑵析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强 （pH＜4.3）
水膜酸性很弱或中性
电 极 负极
Fe - 2e → Fe2+
反 应 正极 2H+ + 2e → H2↑
O2+2H2O+4e → 4OH-
总反应式 Fe+2H+→Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O→2Fe(OH)2
正极_2_N_O_3_- _+_4_H_+_+__2_e→__2_N_O__2↑__+_2_H__2O__ 总反应式是C_u_+_4_H__N_O_3_(浓__)_→__C_u_(_N_O_3_)_2+_2_N_O__2↑__+_2_H_2_O_
小结
原电池电极反应式的书写注意事项： (1) 负极氧化失电子(先写)，正极还原得电子。 (2) 要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式
负极：2Al+8OH- -6e →2AlO2-+4H2O
正极：6H2O + 6e →3H2↑+ 6OH-
稀Na硫O酸H溶溶液液
练习
把一小块Mg和Al的合金分别放入6mol/L的 H2SO4 和NaOH溶液中，可以形成微型原电池， 请指出原电池正、负极，并写出电极反应式。
(1)负极: Mg - 2e → Mg2+ 正极: 2H+ + 2e → H2↑ 总反应式: Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2↑
6、原电池正负极的判断方法：
（1）根据两极的金属活泼性判断 金属性相对活泼的一极作负极，
另一极为正极； （2）根据电子流动的方向判断
电子流出的一极为负极，电 子流进的一极为正极；
（3）根据发生的反应判断
发生氧化反应的一极为负极； 发生还原反应一极的为正极
7、电极反应式的书写:
例1、写出下列原电池的电极反应式和总反应式
负极： 2Al - 6e → 2Al3+ 电子守恒 正极：3Cu2++ 6 e→ 3Cu
总反应式:
CuSO4溶液
2Al + 3Cu2+→ 2Al3+ + 3Cu
例2 Cu、Fe作两极，稀硫酸作电解质溶液的 原电池中:
Cu作__负__极，②Fe作_正___极 电极反应式是：负极_C_u_-_2_e_→__C_u_2_+_
本质相同: R－ne → Rn+ 电化学腐蚀:有电流
区别: 化学腐蚀:无电流
钢铁表面形成的微小原电池示意图
析
负极(Fe):
氢 腐
Fe-2e→Fe2+(氧化反应)
蚀
正极(C):
2H++2e→H2↑(还原反应 )
吸 氧
负极(Fe)
腐
2Fe-4e→2Fe2+(氧化反应)
蚀
正极(C)
O2+2H2O+4e→4OH-(还原反应 )
(2)负极: 2Al +8OH- - 6e →2AlO2- + 4H2O 正极: 6H2O + 6e → 3H2↑+ 6OH总反应式: 2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2↑
二、金属的腐蚀及其防护
1、金属的腐蚀
金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化 学反应而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。其本 质是金属原子失去电子被氧化的过程。
⑴化学腐蚀与电化腐蚀
化学腐蚀
电化腐蚀
条件
现象 本质 联系
金属跟非电解质或 其它物质直接接触
不纯金属或合金 跟电解质溶液接触
无电流产生
有微弱电流产生
金属被氧化
较活泼金属被氧化
两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍
强 调：
化学腐蚀: 直接与非金属单质反应 电化腐蚀: 不纯的金属接触电解质溶液发生腐蚀 (原电池)
e
e
实验现象分析：
e
e 1.电流计指针为什么偏转？
Zn Cu 解析：电子定向移动形成电流。
2.铜片表面为什么有气泡生成？
解析：锌失去的电子经过导线
到了铜片上，溶液中的H+从铜 稀H2SO4 片上得到电子生成H2。
此实验装置的能量转化特点：
这是以Zn和稀H2SO4的氧化还原反应为 基础，将此反应的化学能转变成了电能。
两边添加H+、OH-、H2O，以遵循电荷守恒 和质量守恒。两极得失电子数相等。 (3) 正极材料总是不参加反应被保护的。负极 材料总是要被腐蚀即溶解的。 (4) 总反应必须是自发的反应。
例6、银器日久表面变黑色，这是生成了硫化银， 有人设计用原电池原理加以除去，其处理方 法：将一定温度的食盐溶液放入一铝制容器 中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段 时间后，黑色会褪去而银不损失。试回答： 在此原电池反应中，负极发生的反应为 2Al - 6e → 2Al3+ ，正极发生的反应 为 3Ag2S + 6e → 6Ag + 3S2- ，反应过程中 产生臭鸡蛋气味的气体原电池总反应方程式 为 3Ag2S+2Al+6H2O→6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑ 。
例7、判断右边原电池的正、负 － A ＋
极，并写出电极反应式。 Cu
C
负极：Cu - 2e → Cu2+ 正极：2Fe3++2e → 2Fe2+
FeCl3溶液
负极: Mg -2e→Mg2+ 稀硫酸 正极: 2H++2e→H2↑
＋
A－
NaOH溶液:
Mg
Al
2Al+2OH-+2H2O → 2AlO2-+3H2↑
3、构成原电池的条件
（1）有活泼性不同的两个电极 ① 两种活泼性不同的金属 ② 一种金属与一种能导电的非金属
（2）与电解质溶液、导线形成闭合回路 两个电极用导线连接在一起，并
插入电解质溶液中，形成闭合回路。
（3）能自发地进行氧化还原反应
讨论：以下装置是否能构成原电池
2、3、4能
1
Zn n
2
Zn C
原电池中:
电极
电极材料
电子得失 反应
负极 活动性强的金属 失电子 氧化反应
正极
活动性弱的金属 (或非金属)
得电子
还原反应
电子: 负极 导线 阳离子
离子的 移动： 阴离子
正极 正极
负极
电流: 正极 导线 负极 溶液 正极
一、原电池
1、定义：将化学能转化为电能的装置
2、原理：
原电池以氧化还原反应为基础， 使氧化反应和还原反应分别在两个电 极上进行，从而产生电流，实现化学 能向电能的转化。