電化學電池原電池和電解池

電化學電池是化學能與電能互相轉(zhuǎn)化的一種電化學反應器。如果自發(fā)地將化學能變成電能，這種電化學電池稱為原電池；如果實現(xiàn)電化學反應的能量由外電源供給，則這種電化學電池稱為電解池。原電池將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，電解池將電能轉(zhuǎn)變成化學能。每個電化學電池都由兩個稱之為電極的導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)成一個半電池，兩個半電池構(gòu)成一個電化學電池。

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

陽極（鋅極、負極）： Zn-2e→Zn²

陰極（銅極、正極）：Cu² 2e→Cu

鋅電極發(fā)生氧化反應，鋅棒上的Zn原子由固相進入液相成為Zn² ；銅電極發(fā)生還原反應，溶液中的Cu² 由液相進入固相成為Cu原子。電子的傳遞和轉(zhuǎn)移通過連接兩電極的外電路導線完成。因為電子由鋅極流向銅極，故銅極為正極，鋅極為負極（電極的“陰”、“陽”是根據(jù)電極反應性質(zhì)確定的；電極的“正”、“負”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。當電極發(fā)生氧化還原反應時，ZnSO₄ 燒杯中溶液富正電荷，CuSO₄燒杯中溶液富負電荷，這時鹽橋中的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。

原電池的總反應為：Cu² Zn→Cu Zn²

按照習慣，把陽極及與其相接觸的溶液寫在左邊，把與陰極相關的部分寫在右邊；半電池中的相界面以單豎線“|”表示；兩個半電池通過鹽橋連接時以雙豎線“║”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勢，則銅-鋅原電池變成電解池：

陽極（銅極、正極）：Cu-2e→Cu²

陰極（鋅極、負極）：Zn² Cu→Zn

電解池的總反應為：Zn² Cu→Zn Cu²

上述反應是銅鋅原電池反應的逆反應。顯然，原電池的電池反應自發(fā)進行；電解池的電池反應不能自發(fā)進行。在電位法中使用的測量電池均為原電池。

當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，在界面兩側(cè)產(chǎn)生的電位差稱為液體接界電位，簡稱液接電位，記為E_j。離子在溶液中擴散速率不同是產(chǎn)生液接電位的主要原因。根據(jù)實際測量，0.1mol/L HCL（Ⅰ）與0.01mol/L HCL（Ⅱ）接觸時，如圖1（a）E_j大約為40mV。由于E_j很難準確測量，而進行電位法測量的電化學電池多為有液接的電池，因此必須設法消除或減小Ej的影響。一般通用的做法是在兩個電極溶液之間設置鹽橋，內(nèi)充高濃度KCL（或其他合適的電解質(zhì)）溶液。由于K 和Cl^-的擴散速率很接近，所以當鹽橋與不太濃的電解質(zhì)溶液接觸時，占壓倒優(yōu)勢的擴散將是Ⅲ相中K 和Cl^-幾乎同時進入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。

在電位法中，鹽橋具有以下作用：將正負兩極電解質(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鹽橋中正負離子擴散速度大致相等；②濃溶液與電解質(zhì)溶液接觸時，以鹽橋中正負離子擴散為主；③不與組成電池的溶液發(fā)生反應，如溶液中有Ag ，則不可用KCL作鹽橋（可選用KNO₃）。

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

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

原電池是將化學能轉(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，即本身不會得失電子)等惰性電極插入電解質(zhì)溶液中。

2、用導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。

電化學發(fā)電原電池工作原理

原電池是將一個能自發(fā)進行的氧化還原反應的氧化反應和還原反應分別在原電池的負極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。

電化學發(fā)電原電池的電極的判斷

負極:電子流出的一極;發(fā)生氧化反應的一極;活潑性較強金屬的一極。

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

在原電池中，外電路為電子導電，電解質(zhì)溶液中為離子導電。

電化學發(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。

(2)多池相連，但無外接電源時，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。

電化學發(fā)電原電池原理的腐蝕

化學腐蝕與電化學腐蝕的比較如圖1。

電化學發(fā)電燃料電池工作原理

用一句簡單的話來描述，我們可以這樣說：燃料電池是把燃料和氧氣的化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它象電池一樣有正負極。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。因此這一點燃料電池類似內(nèi)燃發(fā)電機組，但它運行的溫度要低得多，并且沒有或很少有轉(zhuǎn)動部件。

電化學發(fā)電燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成

為了滿足電機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）電能存儲器；

（8）溫度控制系統(tǒng)；

（9）內(nèi)部測量控制系統(tǒng)。

電化學發(fā)電燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)越性

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

（2）低耗電設備如：手機、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周期的充電時間。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)使用時間。

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

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

電化學在化工、冶金、機械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫(yī)學、材料、能源、金屬腐蝕與防護、環(huán)境科學等科技領域獲得了廣泛的應用。當前世界上十分關注的研究課題, 如能源、材料、環(huán)境保護、生命科學等等都與電化學以各種各樣的方式關聯(lián)在一起。

電化學原電池

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

原電池是將化學能轉(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，即本身不會得失電子）等惰性電極插入電解質(zhì)溶液中。

2、用導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。

原電池工作原理

原電池是將一個能自發(fā)進行的氧化還原反應的氧化反應和還原反應分別在原電池的負極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。

原電池的電極的判斷：

負極：電子流出的一極；發(fā)生氧化反應的一極；活潑性較強金屬的一極。

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

在原電池中，外電路為電子導電，電解質(zhì)溶液中為離子導電。

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。

（2）多池相連，但無外接電源時，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。

電化學電解池

電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。

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的過程。

發(fā)生電解反應的條件：

①連接直流電源

②陰陽電極 陰極：與電源負極相連為陰極

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）：

陰極：一定不參與反應 不一定是惰性電極

陽極：不一定參與反應 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）

對應關系：陽極連電源正極，陰極連電源負極（可見高中教材*《化學選修·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) 溶液復原—加陽離子相同的堿或氧化物。