最后更新: 2025-10-28 22:01 查看: 11 次反馈能力测评会员8.2元/月赞助

电池

化学能转化为电能，是能量转化的重要形式之一。电能是现代社会中应用广泛、使用方便的一种能源。化学电源是把化学能转变为电能的装置，是能够实际应用的原电池，习惯上叫做电池。现代生活离不开化学电源。本节将学习原电池的工作原理、电极半反应，以及一些常用的一次电池、二次电池（可充电电池）和燃料电池及其简单的工作原理

## 原电池的工作原理

**实验 锌与 $\mathrm{CuSO}_4$ 溶液反应中的能量变化**

1．如图 4．1，将温度传感器插入 $1 \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{~L}^{-1}$ 的 $\mathrm{CuSO}_4$ 溶液中，再向其中加入少量锌粉，测量反应过程中溶液的温度，记录实验现象。

![图片](/uploads/2025-10/161ea0.jpg)

2．如图 4.2 所示，将锌片、铜片分别插入 $1 \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{~L}^{-1}$ 的 $\mathrm{ZnSO}_4$ 溶液和 $1 \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{~L}^{-1}$ 的 $\mathrm{CuSO}_4$ 溶液中，两个溶液用盐桥进行连接，金属片之间用导线连接，导线中间接入灵敏电流计，记录实验现象。

![图片](/uploads/2025-10/0cae63.jpg)
 
 在上述第一个实验中，金属锌与 $\mathrm{CuSO}_4$ 之间发生了如下的氧化还原反应：

$$
\mathrm{Zn}+\mathrm{CuSO}_4=\mathrm{ZnSO}_4+\mathrm{Cu}
$$

反应中锌原子将电子传递给了 $\mathrm{Cu}^{2+}$ ，该反应将化学能转化为热能，溶液的温度升高。

而在第二个实验中，当导线接通后，灵敏电流计的指针发生了偏转，说明外电路有电流产生，该反应将化学能转化为电能。其中锌作负极失去电子，生成的 $\mathrm{Zn}^{2+}$ 进人溶液中：

$$
\mathrm{Zn}-2 \mathrm{e}^{-}=\mathrm{Zn}^{2+}
$$

$\mathrm{Cu}^{2+}$ 在正极获得电子，生成的铜在电极上析出：

$$
\mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-}=\mathrm{Cu}
$$

负极锌片上释放出来的电子经导线流向正极铜片，电流从正极流向负极。上述过程的总反应为：

$$
\mathrm{Zn}+\mathrm{CuSO}_4=\mathrm{Cu}+\mathrm{ZnSO}_4
$$

这个总反应叫做电池反应，上述这种装置就是原电池。原电池由两个半电池组成，半电池包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接导通。

原电池中还原性强的电极是负极，负极向外电路提供电子；氧化性强的电极是正极，正极从外电路得到电子。两极浸在电解质溶液中，用盐桥连通，通过正、负离子的迁移构成回路。

按照电极与表面半反应的关系，可以将构成原电池的电极分为金属电极、惰性电极、气体电极等类型。金属导电材料直接参与半反应的电极叫做金属电极，如上述铜锌原电池中的锌电极和铜电极。导电材料本身不发生氧化还原反应的电极叫做惰性电极，如铂、石墨等。吸附在电极表面的气体会参与半反应的电极叫做气体电极，如标准氢电极等（图 4.3 ）。在电极上进行的半反应称为电极反应。

![图片](/uploads/2025-10/fc12e0.jpg)
 
 #### 原电池是怎样产生电流的
在铜锌原电池中，锌片上和 $\mathrm{ZnSO}_4$ 溶液中都存在 $\mathrm{Zn}^{2+}$ 。锌片上的 $\mathrm{Zn}^{2+}$ 与接触面上的水分子结合形成水合锌离子，使部分 $\mathrm{Zn}^{2+}$ 离开锌片进入 $\mathrm{ZnSO}_4$ 溶液中：

$$
\mathrm{Zn}-2 \mathrm{e}^{-}=\mathrm{Zn}^{2+}
$$

同时溶液中的 $\mathrm{Zn}^{2+}$ 受到锌片表面电子吸引而沉积到锌片表面：

$$
\mathrm{

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