電化學(xué)電池液接電位

當(dāng)組成不同或濃度不同的兩種電解質(zhì)溶液接觸形成界面時(shí)，在界面兩側(cè)產(chǎn)生的電位差稱為液體接界電位，簡(jiǎn)稱液接電位，記為E_j。離子在溶液中擴(kuò)散速率不同是產(chǎn)生液接電位的主要原因。根據(jù)實(shí)際測(cè)量，0.1mol/L HCL（Ⅰ）與0.01mol/L HCL（Ⅱ）接觸時(shí)，如圖1（a）E_j大約為40mV。由于E_j很難準(zhǔn)確測(cè)量，而進(jìn)行電位法測(cè)量的電化學(xué)電池多為有液接的電池，因此必須設(shè)法消除或減小Ej的影響。一般通用的做法是在兩個(gè)電極溶液之間設(shè)置鹽橋，內(nèi)充高濃度KCL（或其他合適的電解質(zhì)）溶液。由于K 和Cl^-的擴(kuò)散速率很接近，所以當(dāng)鹽橋與不太濃的電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，占?jí)旱箖?yōu)勢(shì)的擴(kuò)散將是Ⅲ相中K 和Cl^-幾乎同時(shí)進(jìn)入Ⅰ相和Ⅱ相，如圖1（b），由此使E_j變得很?。?~2mV），一般可以忽略不計(jì)。

在電位法中，鹽橋具有以下作用：將正負(fù)兩極電解質(zhì)溶液分開，避免其互相混合；溝通內(nèi)電路；消除或減小液體接界電位；保護(hù)參比電極內(nèi)充液不受試液沾污，以使電極電位恒定。作為鹽橋的一般條件是：①鹽橋中正負(fù)離子擴(kuò)散速度大致相等；②濃溶液與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，以鹽橋中正負(fù)離子擴(kuò)散為主；③不與組成電池的溶液發(fā)生反應(yīng)，如溶液中有Ag ，則不可用KCL作鹽橋（可選用KNO₃）。

電化學(xué)電池是化學(xué)能與電能互相轉(zhuǎn)化的一種電化學(xué)反應(yīng)器。如果自發(fā)地將化學(xué)能變成電能，這種電化學(xué)電池稱為原電池；如果實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)的能量由外電源供給，則這種電化學(xué)電池稱為電解池。原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽娊獬貙㈦娔苻D(zhuǎn)變成化學(xué)能。每個(gè)電化學(xué)電池都由兩個(gè)稱之為電極的導(dǎo)體和與之接觸的電解質(zhì)溶液構(gòu)成。一支電極和與其相接觸的電解質(zhì)溶液構(gòu)成一個(gè)半電池，兩個(gè)半電池構(gòu)成一個(gè)電化學(xué)電池。

在電化學(xué)電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱為陽極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為陰極。在圖1所示的銅-鋅原電池中，陽極和陰極上發(fā)生的氧化還原反應(yīng)如下：

陽極（鋅極、負(fù)極）： Zn-2e→Zn²

陰極（銅極、正極）：Cu² 2e→Cu

鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅棒上的Zn原子由固相進(jìn)入液相成為Zn² ；銅電極發(fā)生還原反應(yīng)，溶液中的Cu² 由液相進(jìn)入固相成為Cu原子。電子的傳遞和轉(zhuǎn)移通過連接兩電極的外電路導(dǎo)線完成。因?yàn)殡娮佑射\極流向銅極，故銅極為正極，鋅極為負(fù)極（電極的“陰”、“陽”是根據(jù)電極反應(yīng)性質(zhì)確定的；電極的“正”、“負(fù)”是根據(jù)電極電位高低確定的）。在電池內(nèi)部，兩電解質(zhì)溶液通過KCL鹽橋相接觸。當(dāng)電極發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，ZnSO₄ 燒杯中溶液富正電荷，CuSO₄燒杯中溶液富負(fù)電荷，這時(shí)鹽橋中的Cl^-向ZnSO₄溶液中遷移，K 向CuSO₄溶液中遷移，由此構(gòu)成電流回路。

原電池的總反應(yīng)為：Cu² Zn→Cu Zn²

按照習(xí)慣，把陽極及與其相接觸的溶液寫在左邊，把與陰極相關(guān)的部分寫在右邊；半電池中的相界面以單豎線“|”表示；兩個(gè)半電池通過鹽橋連接時(shí)以雙豎線“║”表示；溶液注明活（濃）度，氣體注明壓力，若不特別說明，溫度系指25℃。銅-鋅原電池的符號(hào)可表示為：

（一）Zn|ZnSO₄（1mol/L）║CuSO₄（1mol/L）|Cu（ ）

若外加電壓大于原電池的電動(dòng)勢(shì)，則銅-鋅原電池變成電解池：

陽極（銅極、正極）：Cu-2e→Cu²

陰極（鋅極、負(fù)極）：Zn² Cu→Zn

電解池的總反應(yīng)為：Zn² Cu→Zn Cu²

上述反應(yīng)是銅鋅原電池反應(yīng)的逆反應(yīng)。顯然，原電池的電池反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；電解池的電池反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。在電位法中使用的測(cè)量電池均為原電池。

電池由兩個(gè)電極和電極之間的電解質(zhì)構(gòu)成，因而電化學(xué)發(fā)電的研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括電解質(zhì)的研究，即電解質(zhì)學(xué)，其中包括電解質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)、離子的傳輸性質(zhì)、參與反應(yīng)離子的平衡性質(zhì)等，其中電解質(zhì)溶液的物理化學(xué)研究常稱作電解質(zhì)溶液理論

原電池是利用兩個(gè)電極之間金屬性的不同,產(chǎn)生電勢(shì)差,從而使電子的流動(dòng),產(chǎn)生電流.又稱非蓄電池，是電化電池的一種，其電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，即是只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，簡(jiǎn)單說就即是不能重新儲(chǔ)存電力，與蓄電池相對(duì)。

原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。所以，根據(jù)定義，普通的干電池、燃料電池都可以稱為原電池。

電化學(xué)發(fā)電組成原電池的基本條件

1、將兩種活潑性不同的金屬(即一種是活潑金屬一種是不活潑金屬)，或著一種金屬與石墨(Pt和石墨為惰性電極，即本身不會(huì)得失電子)等惰性電極插入電解質(zhì)溶液中。

2、用導(dǎo)線連接后插入電解質(zhì)溶液中，形成閉合回路。

3、要發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

電化學(xué)發(fā)電原電池工作原理

原電池是將一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在原電池的負(fù)極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。

電化學(xué)發(fā)電原電池的電極的判斷

負(fù)極:電子流出的一極;發(fā)生氧化反應(yīng)的一極;活潑性較強(qiáng)金屬的一極。

正極:電子流入的一極;發(fā)生還原反應(yīng)的一極;相對(duì)不活潑的金屬或其它導(dǎo)體的一極。

在原電池中，外電路為電子導(dǎo)電，電解質(zhì)溶液中為離子導(dǎo)電。

電化學(xué)發(fā)電原電池的判定

(1)先分析有無外接電路，有外接電源的為電解池，無外接電源的可能為原電池;然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷，主要是"四看":

看電極--兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異(燃料電池的電極一般為惰性電極);

看溶液--兩極插入溶液中;

看回路--形成閉合回路或兩極直接接觸;

看本質(zhì)--有無氧化還原反應(yīng)。

(2)多池相連，但無外接電源時(shí)，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。

電化學(xué)發(fā)電原電池原理的腐蝕

化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較如圖1。

電化學(xué)發(fā)電燃料電池工作原理

用一句簡(jiǎn)單的話來描述，我們可以這樣說：燃料電池是把燃料和氧氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它象電池一樣有正負(fù)極。一般的電池只能貯存電能，而它卻能源源不斷地發(fā)出電來。因此這一點(diǎn)燃料電池類似內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組，但它運(yùn)行的溫度要低得多，并且沒有或很少有轉(zhuǎn)動(dòng)部件。

電化學(xué)發(fā)電燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成

為了滿足電機(jī)或其它電器用電量的需求，不僅僅是有了電池堆就夠了。作為一個(gè)燃料電池系統(tǒng)必須要有許多其它部件，具備諸如：燃料供給、水量平衡控制、輸出功率調(diào)整、溫度壓力等參數(shù)的測(cè)控等等功能。沒有以上各部件，燃料電池不可能產(chǎn)生出可用的電能。

（1）純氫或富氫燃料供給系統(tǒng)；

（2）富氫燃料重整系統(tǒng)；

（3）氫提純系統(tǒng)；

（4）氫氣儲(chǔ)存系統(tǒng)；

（5）燃料電池堆；

（6）輸出能量控制調(diào)整器；

（7）電能存儲(chǔ)器；

（8）溫度控制系統(tǒng)；

（9）內(nèi)部測(cè)量控制系統(tǒng)。

電化學(xué)發(fā)電燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)越性

（1）燃料電池發(fā)電時(shí)不需要內(nèi)燃機(jī)，這就意味著和一般的發(fā)電機(jī)組不一樣，這種發(fā)電設(shè)備的噪音很低，振動(dòng)很小，幾乎沒有大氣污染或溫室氣體排放。

（2）低耗電設(shè)備如：手機(jī)、便攜式電腦等，及無排放汽車所用的燃料電池，不象普通的電池那樣需要比較長(zhǎng)周期的充電時(shí)間。另外燃料電池的燃料可貯存在本體外的存貯器內(nèi)，這樣就可以根據(jù)使用的要求去調(diào)整存貯器大小來調(diào)節(jié)使用時(shí)間。

（3）燃料電池的使用可以減少傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)可以 減少發(fā)輸配過程中的損耗。

（4）燃料電池發(fā)電的效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，燃料機(jī)組的能量轉(zhuǎn)換的效率是傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的2-4倍。

電化學(xué)在化工、冶金、機(jī)械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫(yī)學(xué)、材料、能源、金屬腐蝕與防護(hù)、環(huán)境科學(xué)等科技領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前世界上十分關(guān)注的研究課題, 如能源、材料、環(huán)境保護(hù)、生命科學(xué)等等都與電化學(xué)以各種各樣的方式關(guān)聯(lián)在一起。

電化學(xué)原電池

原電池是利用兩個(gè)電極之間金屬性的不同,產(chǎn)生電勢(shì)差,從而使電子的流動(dòng),產(chǎn)生電流.又稱非蓄電池，是電化電池的一種，其電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，即是只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，簡(jiǎn)單說就即是不能重新儲(chǔ)存電力，與蓄電池相對(duì) 。

原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。所以，根據(jù)定義，普通的干電池、燃料電池都可以稱為原電池。

組成原電池的基本條件：

1、將兩種活潑性不同的金屬（即一種是活潑金屬一種是不活潑金屬），或著一種金屬與石墨（Pt和石墨為惰性電極，即本身不會(huì)得失電子）等惰性電極插入電解質(zhì)溶液中。

2、用導(dǎo)線連接后插入電解質(zhì)溶液中，形成閉合回路。

3、要發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

原電池工作原理

原電池是將一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在原電池的負(fù)極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。

原電池的電極的判斷：

負(fù)極：電子流出的一極；發(fā)生氧化反應(yīng)的一極；活潑性較強(qiáng)金屬的一極。

正極：電子流入的一極；發(fā)生還原反應(yīng)的一極；相對(duì)不活潑的金屬或其它導(dǎo)體的一極。

在原電池中，外電路為電子導(dǎo)電，電解質(zhì)溶液中為離子導(dǎo)電。

原電池的判定：

（1）先分析有無外接電路，有外接電源的為電解池，無外接電源的可能為原電池；然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷，主要是“四看”：看電極——兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異（燃料電池的電極一般為惰性電極）；看溶液——兩極插入溶液中；看回路——形成閉合回路或兩極直接接觸；看本質(zhì)——有無氧化還原反應(yīng)。

（2）多池相連，但無外接電源時(shí)，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。

電化學(xué)電解池

電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。

電解是使電流通過電解質(zhì)溶液（或熔融的電解質(zhì)）而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。

發(fā)生電解反應(yīng)的條件：

①連接直流電源

②陰陽電極 陰極：與電源負(fù)極相連為陰極

陽極：與電源正極相連為陽極

③兩極處于電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中

④兩電極形成閉合回路

電解過程中的能量轉(zhuǎn)化（裝置特點(diǎn)）：

陰極：一定不參與反應(yīng) 不一定是惰性電極

陽極：不一定參與反應(yīng) 也不一定是惰性電極

電解結(jié)果：

在兩極上有新物質(zhì)生成

電解池電極反應(yīng)方程式的書寫：

陽極：活潑金屬—電極失電子（Au,Pt,Ir 除外）；惰性電極—溶液中陰離子失電子

注：失電子能力：活潑金屬（除Pt Au）>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根(NO3 ->SO4 2-)>F-

陰極：溶液中陽離子得電子

注：得電子能力：Ag >Hg2 >Fe3 >Cu2 >H （酸）>Pb2 >Sn2 >Fe2 >Zn2 >H2O（水）>Al3 >Mg2 >Na >Ca2 >K （即活潑型金屬順序表的逆向）

對(duì)應(yīng)關(guān)系：陽極連電源正極，陰極連電源負(fù)極（可見高中教材*《化學(xué)選修·四》）

規(guī)律：鋁前（含鋁）離子不放電，氫（酸）后離子先放電，氫（酸）前鋁后的離子看條件。

四類電解型的電解規(guī)律①電解水型（強(qiáng)堿，含氧酸，活潑金屬的含氧酸鹽），pH由溶液的酸堿性決定，溶液呈堿性則pH增大，溶液呈酸性則pH減小，溶液呈中性則pH不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加適量水。

②電解電解質(zhì)型（無氧酸，不活潑金屬的無氧酸鹽，），無氧酸pH變大，不活潑金屬的無氧酸鹽PH不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加適量電解質(zhì)。

③放氫生堿型（活潑金屬的無氧酸鹽），pH變大。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加陰離子相同的酸。

④放氧生酸型（不活潑金屬的含氧酸鹽），pH變小。電解質(zhì) 溶液復(fù)原—加陽離子相同的堿或氧化物。