原電池的工作原理

　　原電池是利用兩個電極的電勢不同，產(chǎn)生電勢差，從而使電子流動產(chǎn)生電流，是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。由于各種型號的原電池氧化還原反應(yīng)的可逆性很差，放完電后，不能重復(fù)使用，故又稱為一次電池。

　　現(xiàn)以銅鋅電池為例，說明原電池產(chǎn)生電能的機理。這種電池如圖12－1所示，是由一個插入CuSO4溶液中的銅電極組成的“半電池”和另一個插入ZnSO4溶液中的鋅電極組成的半電池所組成。兩個半電池以一個倒置的U形管連接起來，管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊脂作成的凝膠，稱為“鹽橋”。這時，如果用導(dǎo)線將兩極連接，并且中間串聯(lián)一個電流計，那本，電流計指針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明線路上有電流通過。同時可以觀察到鋅片開始溶解而銅片上有銅沉積上去。

　　我們從觀察到的實驗現(xiàn)象進(jìn)一步探討這種裝置產(chǎn)生電流的原因。根據(jù)金屬置換次序可知，鋅比銅活潑，鋅容易失去兩個電子氧化變成Zn2+進(jìn)入溶液 Zn ?Zn2+＋2e，把電子留在鋅極上，使鋅極帶負(fù)電荷，稱為“負(fù)極”。若用導(dǎo)線把鋅極和銅極連接起來，此時，電子從鋅極經(jīng)過導(dǎo)線流向銅極，在銅極周圍的Cu2+從銅極上獲得電子還原成金屬銅，Cu2+＋2e ?Cu，沉積在銅極上，銅極稱為“正極”。為了保持兩杯溶液的電中性，這時鹽橋開始起導(dǎo)通電池內(nèi)部電路的作用，Cl-離子從鹽橋中擴散到左邊溶液中去，與鋅極溶解下來的Zn2+的正電荷相平衡，K+從鹽橋中擴散到右邊溶液中去，與由于Cu2+沉積為金屬銅而留下的SO42-離子的負(fù)電荷相平衡。這樣就能使鋅的溶解和銅的析出繼續(xù)進(jìn)行，電流得以繼續(xù)流通。所以，流經(jīng)整個體系的電流是由金屬導(dǎo)體中的自由電子和溶液中離子的遷移以及電極和溶液界面上伴隨發(fā)生的氧化、還原反應(yīng)而進(jìn)行的。

　　電池常用符號表示。上述銅鋅電池可以表示如下：

　　Zn|ZnSO4（1M）||CuSO4（1M）|Cu

　　習(xí)慣上規(guī)定把負(fù)極和有關(guān)的溶液體系（注明濃度）寫在左邊，正極和有關(guān)的溶液體系（注明濃度）寫在右邊。也就是規(guī)定左邊的電極進(jìn)行氧化反應(yīng)，右邊的電極進(jìn)行還原反應(yīng)。

　　單線“|”表示鋅電極和硫酸鋅溶液這兩個相的界面，銅電極和硫酸銅溶液這兩個相的界面，鹽橋通常用雙線“||”表示，因為鹽橋存在兩個接界面，即硫酸鋅溶液與鹽橋之間界面和鹽橋與硫酸銅溶液之間界面。

　　任何一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，在原則上都可以設(shè)計成電池（氣體不能直接作為電極，必須附以不活潑的金屬（如鉑），書寫氣體電極時必須注明氣體壓力，如氫電極書寫為：

　　PtH2（1大氣壓）|H+（0．1M）

　　重要的條件之一就是要使氧化與還原反應(yīng)分開在兩個電極上進(jìn)行。否則，如若將鋅片直接接觸CuSO4溶液，則鋅片與Cu2+直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Zn＋Cu2+＝Cu＋Zn2+，此時，化學(xué)能不能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，而是以熱的形式釋放出來?/p>

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