通過氧化還原反應而產(chǎn)生電流的裝置稱為原電池，也可以說是將化學能轉變成電能的裝置。有的原電池可以構成可逆電池，有的原電池則不屬于可逆電池。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，是一種將化學能轉化成電能的裝置。由于各種型號的原電池氧化還原反應的可逆性很差，放完電后，不能重復使用，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，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+進入溶液 Zn ?Zn2++2e，把電子留在鋅極上，使鋅極帶負電荷，稱為“負極”。若用導線把鋅極和銅極連接起來，此時，電子從鋅極經(jīng)過導線流向銅極，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，這時鹽橋開始起導通電池內部電路的作用，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-離子的負電荷相平衡。這樣就能使鋅的溶解和銅的析出繼續(xù)進行，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、還原反應而進行的。
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
習慣上規(guī)定把負極和有關的溶液體系(注明濃度)寫在左邊，正極和有關的溶液體系(注明濃度)寫在右邊。也就是規(guī)定左邊的電極進行氧化反應，右邊的電極進行還原反應。
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，在原則上都可以設計成電池(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分開在兩個電極上進行。
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，Zn+Cu2+=Cu+Zn2+，此時，化學能不能轉變?yōu)殡娔埽且詿岬男问结尫懦鰜?。以上就是原電池的工作原理解析，希望能給需要的設計者一定的參考意見。
下載文檔
