原电池

“原电池”基本解释

化学名词解释：

　　原电池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是：将两种活泼性不同的金属(或石墨)用导线连接后插入电解质溶液中。电流的产生是由于氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行的结果。原电池中，较活泼的金属做负极，较不活泼的金属做正极。负极本身易失电子发生氧化反应，电子沿导线流向正极，正极上一般为电解质溶液中的阳离子得电子发生还原反应。在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。

　　原电池 - 基本简介

　　原电池primarybattery一种将活性物质中化学能通过氧化还原反应直接转换成电能输出的装置。又称化学电池。由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差，放完电后，不能重复使用，故又称一次电池。它通常由正电极、负电极、电解质、隔离物和壳体构成，可制成各种形状和不同尺寸，使用方便。广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等部门，并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、计算器、电子表、玩具、助听器等常用电器的电源。原电池一般按负极活性物质(如锌、镉、镁、锂等)和正极活性物质(如锰、汞、二氧化硫、氟化碳等)分为锌锰电池、锌空气电池、锌银电池、锌汞电池、镁锰电池、锂氟化碳电池、锂二氧化硫电池等。锌锰电池产量最大，常按电解质分为氯化铵型和氯化锌型，并按其隔离层分为糊式电池和低极电池。以氢氧化钾为电解质的锌锰电池，由于其负极(锌)的构造与其他锌锰电池不同而习惯上另作一类，称为碱性锌锰电池，简称碱锰电池，俗称碱性电池。

　　原电池是一类使化学能直接转换成电能的换能装置。原电池连续放电或间歇放电后不能以反向电流充电的方法使两电极的活性物质回复到初始状态，即电极活性物质只能利用一次。故亦称一次性电池。

　　原电池 - 常见类型

　　两大类型

　　吸氧腐蚀

　　金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐蚀，叫吸氧腐蚀.

　　例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，其电极反应如下：

　　负极(Fe)：Fe-2e=Fe2+

　　正极(C)：2H2O+O2+4e=4OH-

　　钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀。

　　析氢腐蚀

　　在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。在钢铁制品中一般都含有碳。在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的H+增多。是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。这些原电池里发生的氧化还原反应是：

　　负极(铁)：铁被氧化Fe-2e=Fe2+

　　正极(碳)：溶液中的H+被还原2H++2e=H2↑

　　这样就形成无数的微小原电池。最后氢气在碳的表面放出，铁被腐蚀，所以叫析氢腐蚀。

　　三种电池

　　常用原电池有锌-锰干电池、锌-汞电池、锌-银扣式电池及锂电池等

　　1：锌-锰干电池：锌-锰电池具有原材料来源丰富、工艺简单，价格便宜、使用方便等优点，成为人们使用最多、最广泛的电池品种。锌-锰电池以锌为负极，以二氧化锰为正极。按照基本结构，锌-锰电池可制成圆筒形、扣式和扁形，扁形电池不能单个使用，可组合叠层电池(组)。按照所用电解液的差别将锌-锰电池分为三个类型：

　　(1)铵型锌-锰电池：电解质以氯化铵为主，含少量氯化锌。

　　电池符号：(-)Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2(+)

　　总电池反应：Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)

　　(2)锌型锌-锰电池：又称高功率锌-锰电池，电解质为氯化锌，具有防漏性能好，能大功率放电及能量密度较高等优点，是锌-锰电池的第二代产品，20世纪70年代初首先由德国推出。与铵型电池相比锌型电池长时间放电不产生水，因此电池不易漏液。

　　电池符号：(-)Zn│ZnCl2│MnO2(+)

　　总电池反应(长时间放电)：

　　Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl2·2ZnO·4H2O+2Mn3O4

　　(3)碱性锌-锰电池：这是锌-锰电池的第三代产品，具有大功率放电性能好、能量密度高和低温性能好等优点。

　　电池符号：(-)Zn│KOH│MnO2(+)

　　总电池反应：Zn+2H2O+2MnO2=2MnO(OH)+Zn(OH)2

　　锌-锰电池额定开路电压为1.5V，实际开路电压1.5-1.8V，其工作电压与放电负荷有关，负荷越重或放电电阻越小，闭路电压越低。用于手电筒照明时，典型终止电压为0.9V，某些收音机允许电压降至0.75V。

　　2.锂原电池：又称锂电池，是以金属锂为负极的电池总称。锂的电极电势最负相对分子质量最小，导电性良好，可制成一系列贮存寿命长，工作温度范围宽的高能电池。根据电解液和正极物质的物理状态，锂电池有三种不同的类型，即：固体正极—有机电解质电池、液体正极—液体电解质电池、固体正极—固体电解质电池。Li—(CF)n的开路电压为3.3V，比能量为480W·h·L-1，工作温度在-55~70℃间，在20℃下可贮存10年之久!它们都是近年来研制的新产品，目前主要用于军事、空间技术等特殊领域，在心脏起搏器等微、小功率场合也有应用。

　　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。

　　原电池 - 工作原理

　　原电池反应属于氧化还原反应，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。

　　原理分析：

　　CuCl2是强电解质且易溶于水，在水溶液中电离生成Cu2+和Cl-。

　　CuCl2=Cu2++2Cl-

　　通电前，Cu2+和Cl-在水里自由地移动着;通电后，这些自由移动着的离子，在电场作用下，改作定向移动。溶液中带正电的Cu2+向阴极移动，带负电的氯离子向阳极移动。在阴极，铜离子获得电子而还原成铜原子覆盖在阴极上;在阳极，氯离子失去电子而被氧化成氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出。

　　阴极：Cu2++2e-=Cu

　　阳极：Cl--2e-=Cl2↑

　　电解CuCl2溶液的化学反应方程式：CuCl2=Cu+Cl2↑

　　电解质水溶液电解反应的综合分析

　　在上面叙述氯化铜电解的过程中，没有提到溶液里的H+和OH-，其实H+和OH-虽少，但的确是存在的，只是他们没有参加电极反应。也就是说在氯化铜溶液中，除Cu2+和Cl-外，还有H+和OH-，电解时，移向阴极的离子有Cu2+和H+，因为在这样的实验条件下Cu2+比H+容易得到电子，所以Cu2+在阴极上得到电子析出金属铜。移向阳极的离子有OH-和Cl-，因为在这样的实验条件下，Cl-和OH-容易失去电子，所以Cl-在阳极上失去电子，生成氯气。

　　原电池 - 作用

　　硫化矿原电池效应研究现状

　　硫化矿原电池效应普遍存在于金属硫化物矿山、硫化矿的人工开采与利用过程中,在浮选、湿法冶金、生物冶金、地球化学过程、重金属离子污染和酸性矿山排水的污染治理方面有重要作用，已引起高度重视。本文综述了硫化矿原电池反应原理、电化学研究方法及其在浮选、湿法冶金、生物冶金、地球化学过程、重金属离子污染和酸性矿山排水的污染与治理上的影响和应用现状。

　　指出建立天然硫化物矿物原电池地球化学，从源头上实现消除或减弱硫化矿原电池效应导致的重金属离子和酸性矿山排水环境污染,将成为今后原电池效应在地学的重要研究方向。

　　原电池在污水处理中的作用

　　1、可将某些大分子物质降解为小分子中间产物，脱色效果较好(此外，反应产生了亚铁离子和铁离子);

　　2、可去除活性比铁弱的重金属，置换反应，因此，微电解法也用于铜氨络合废水等，铜氨络合废水经微电解后的混凝过程无污泥上浮现象，我认为，氨氮也得到去除;

　　3、微电解池入水ph要求3.0左右，混凝工艺要求回调至8.5左右，药费过高;微电解池一般底部进水，须增加提升泵(如水解池与调节池合建地埋，则可忽略);水解池出水携带少量SS，长此以往易导致微电解池堵塞。因此，是否“微电解+水解+好氧”是否更合理?原水为酸性则更好，如为碱性，不如直接混凝处理。