有关原电池的概念及原理_张玲

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1、2010年，第4期专论1有关原电池的概念及原理张玲，陈磊磊（华东师范大学化学系上海200062）摘要：介绍化学能、可逆电池、可逆电极等原电池的相关概念，分析原电池的类型及工作原理，解释标准电极电势和金属活动性顺序表的由来，指出金属性与金属活动性的区别及使用金属活动性顺序表需注意的事项。关键词：原电池；化学能；电极电势；金属活动性；金属性文章编号：1005－6629(2010)04－0001－04中图分类号：G633.8文献标识码：B电化学是研究电能和化学能之间相互转化，及桥，盐桥可使不同电解质溶液间的液接电势降至可转化过程中规律的科学。它是化学中的一个重要领忽略不计（1～2mV），

2、但不能完全消除。域，其理论研究和实际应用都很有意义。有关电化（3）要注明温度和压力，如不写明，一般指5学的内容也是中学化学的重点内容之一。电化学的298.15K和标准态压力p(10Pa)；一般要标明电两种基本实验装置是原电池和电解池，而原电池是极的物态（若是气体要注明压力和所依附的惰性电研究电化学的基础，因此，深入理解其相关概念和极种类），及所用电解质溶液的活度（稀溶液可用原理是很有必要的。本文结合物理化学的相关知浓度表示），因为这些都会影响电池的电动势。识，对化学中涉及原电池的一些知识作介绍和诠值得注意的是，在实际测量通过原电池的电流释。时，图1中所用电流表的量程应足够的大，否则

3、电1原电池的表示方法路闭合时，产生的电流可能会损坏电流表。如能在要表示一个电池的组成和结构，最直接的方法电路中串联一个可变电阻器，则更为合适。是用图像，但是比较麻烦，简便的方法是采用化学2电化学装置电极命名规定式和符号。例如，有盐桥的丹尼尔（Daniell）电池原电池或电解池，正、负极的命名是按物理学可用以下符号表示：的习惯，按从电极电势的高低规定，电势较高的电Zn(s)｜ZnSO4(a1)｜｜CuSO4(a2)｜Cu(s)极称为正极，电势较低的电极称为负极。阴、阳极丹尼尔电池发现于1836年，是第一个具有稳定的命名则是从电极反应的类型区分，发生还原反应电动势（1.lV）、能连续放

4、电的电池。上述符号表的电极称为阴极，发生氧化反应的电极称为阳极。示把锌棒插在硫酸锌溶液中，铜棒插在硫酸铜溶液习惯上，把原电池的两极分别称为正极和负中，中间用盐桥相联，如图1所示：极。正极的电势高，发生还原反应；负极的电势较正极的低，发生氧化反应。电解池的两极则通常以阴、阳极命名。外加直流电源的负端（电势低的一端）与电解池的阴极连接，正端（电势高的一端）与阳极连接。因此，从外加电源的角度区分，电解池的阴极为负极，阳极为正极。3化学能与可逆电池

3.1化学能[1]按惯例，电池的表示方法包括四个要点：原电池是可以实现化学能直接转化为电能的装（1）负极写在左边（进行氧化反

5、应），正极写在置，那么化学能从何而来呢？右边（进行还原反应）。化学热力学指出，等温等压可逆过程中，体系（2）用单垂线“｜”表示相界面，包括电极与吉布斯能的变化ΔG等于体系与环境间交换的可逆溶液之间、一种溶液与另一种溶液之间、两个不同非体积功。电池放电时，体系对环境所做的非体积浓度的同种溶液之间的界面。双垂线“｜｜”表示盐功就是电功。即在等温等压可逆条件下，体系吉布2化学教学2010年，第4期斯能的变化等于原电池所做的可逆（最大）电功，电化学中的电极，是一个由电子导体（如金属）ΔGT，p=W可逆=-nFE，式中E为可逆电动势（V）；n是和离子导体（如电解质溶液）组成的体系。电极的种电

6、极反应中转移电子的物质的量（mol）；F是法拉第类很多，但构成可逆电池的电极必须是可逆电极，-1常数，即1mol电子所带的电量：96485C·mol。即在电极上进行的反应必须是接近平衡态的。根据[2]原电池只有在等温等压可逆条件下工作，才能结构和反应的类型，可逆电极可分为三类：做出最大电功，才能把化学能全部转化为电能，也（1）第一类电极，只有金属导体和电解质溶才满足关系式ΔGT，p=W'可逆=-nFE。所以，化学能液间的惟一相界面。主要包括：就是等温、等压反应过程中体系吉布斯能的变化。①金属电极，由金属浸在该金属离子的溶液对同一原电池，若在等温等压以不可逆方式工作，中。如Cu(s)

7、—CuSO4(a)；+反应的ΔGT，p与可逆过程的相同（因反应的始终态②汞齐电极，如Na(Hg)｜Na(a)【Na(Hg)称为钠汞相同），但原电池所做的电功W不可逆＜ΔGT，p。说明齐，由于活泼金属钾、钠等在溶液中会与水发生反在不可逆条件下，原电池只能把化学反应的部分化应，故将其溶于汞中以降低活性】；学能转化为电功。③氧化还原电极，由导体（通常为铂电极）浸3.2可逆电池和不可逆电池在含有同种物质不同价态离子的溶液中构成，但惰根据热力学中对可逆过程所下的定义，可逆电性金