原电池

互联网2013-11-15

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任何自发的氧化还原反应 ( Δ _{r} G _{m} ＜ 0) 均为电子从还原剂转移到氧化剂的过程。例如将 Zn 片插入 H _{2} SO _{4} 溶液中， Zn 与 H _{2} SO _{4} 便发生下列反应：

Zn(s) ＋ 2H ^{ } (aq)=Zn ^{2 } (aq) ＋ H _{2} (g)

由于 Zn 和 H _{2} SO _{4} 直接接触，电子从 Zn 原子直接转移给 H ^{ } 离子，因而得不到有序的电子流。随着氧化还原反应的进行，溶液温度将有所升高，即反应中放出的化学能转变为热能。

在盛有 ZnSO _{4} 溶液的烧杯中放入 Zn 片，在另一烧杯中将镀有铂黑的铂片放入稀硫酸溶液中，并于 25 ℃下不断通入纯氢气以使铂黑吸附达到饱和。用盐桥 把两个烧杯联通起来，当接通外电路时，发现有电流通过。这种借助氧化还原反应将化学能直接转变成电能的装置称为原电池。

锌电极发生反应是：

Zn(s)=Zn2 ^{ } (aq) ＋ 2e ^{- } 负极 ( 也叫阳极 )

其电子流向外电路的电极称为负极，所以这里 Zn 电极为负极 ( 又因为发生氧化反应的叫阳极，所以 Zn 电极也叫阳极 ) 。

氢电极发生的反应是：

2H (aq) ＋ 2e - =H 2 (g) 正极 ( 也叫阴极 )

接受从外电路流入的电子的电极称为正极，所以这里氢电极为正极 ( 又因为发生还原反应的叫阴极，所以氢电极也叫阴极 ) 。

电池总反应是将正、负极反应按得失电子相等的原则合并得到：

Zn(s) ＋ 2H (aq)=Zn 2 (aq) ＋ H 2 (g)

由上例可见，任何一个自发进行的氧化还原反应原则上都可以组成原电池。氧化剂与其对应的被还原的产物 ( 如 H 和 H 2 ) 组成电池的正极，还原剂与其被氧化的产物 ( 如 Zn 与 Zn 2 ) 组成电池的负极：

原电池的装置也可用电池符号来表示，例如上述原电池的电池符号为

习惯上把电池的负极写在左边，正极写在右边，以“ | ”表示相界面，以“ ”表示盐桥。

半电池中必须包含两类物质，一类是还原态物质，另一类是相应的氧化态物质。氧化态物质与还原态物质组成氧化还原电对，简称电对，以“氧化态 / 还原态”来表示。例如锌电极的电对为 Zn 2 /Zn ，这类电极称金属电极。

非金属元素及其离子组成非金属电极。例如，电对： H /H 2 ，电极符号为 H |H 2 ， Pt ，这里 Pt 不参加电极反应，只起吸附气体和传递电子的作用，所以叫惰性电极。有时也可用石墨等作惰性电极。

同一种金属的不同价态的离子也可组成氧化还原电极。例如电对：

在金属表面覆盖一层该金属的难溶盐，然后浸入含有该难溶盐的负离子的溶液中，可构成难溶盐电极。如：电对： AgCl/Ag ，电极符号为 Ag|AgCl ， Cl - ；甘汞电极的电对： Hg 2 Cl 2 /Hg ，电极符号为 Pt ， Hg(1)|Hg 2 Cl 2 ， Cl - 。