电化学电池

当组成不同或浓度不同的两种电解质溶液接触形成界面时，在界面两侧产生的电位差称为液体接界电位，简称液接电位，记为E_j。离子在溶液中扩散速率不同是产生液接电位的主要原因。根据实际测量，0.1mol/L HCL（Ⅰ）与0.01mol/L HCL（Ⅱ）接触时，如图1（a）E_j大约为40mV。由于E_j很难准确测量，而进行电位法测量的电化学电池多为有液接的电池，因此必须设法消除或减小Ej的影响。一般通用的做法是在两个电极溶液之间设置盐桥，内充高浓度KCL（或其他合适的电解质）溶液。由于K 和Cl^-的扩散速率很接近，所以当盐桥与不太浓的电解质溶液接触时，占压倒优势的扩散将是Ⅲ相中K 和Cl^-几乎同时进入Ⅰ相和Ⅱ相，如图1（b），由此使E_j变得很小（1~2mV），一般可以忽略不计。

在电位法中，盐桥具有以下作用：将正负两极电解质溶液分开，避免其互相混合；沟通内电路；消除或减小液体接界电位；保护参比电极内充液不受试液沾污，以使电极电位恒定。作为盐桥的一般条件是：①盐桥中正负离子扩散速度大致相等；②浓溶液与电解质溶液接触时，以盐桥中正负离子扩散为主；③不与组成电池的溶液发生反应，如溶液中有Ag ，则不可用KCL作盐桥（可选用KNO₃）。

电化学电池是化学能与电能互相转化的一种电化学反应器。如果自发地将化学能变成电能，这种电化学电池称为原电池；如果实现电化学反应的能量由外电源供给，则这种电化学电池称为电解池。原电池将化学能转变为电能，电解池将电能转变成化学能。每个电化学电池都由两个称之为电极的导体和与之接触的电解质溶液构成。一支电极和与其相接触的电解质溶液构成一个半电池，两个半电池构成一个电化学电池。

在电化学电池中，发生氧化反应的电极称为阳极，发生还原反应的电极称为阴极。在图1所示的铜-锌原电池中，阳极和阴极上发生的氧化还原反应如下：

阳极（锌极、负极）： Zn-2e→Zn²

阴极（铜极、正极）：Cu² 2e→Cu

锌电极发生氧化反应，锌棒上的Zn原子由固相进入液相成为Zn² ；铜电极发生还原反应，溶液中的Cu² 由液相进入固相成为Cu原子。电子的传递和转移通过连接两电极的外电路导线完成。因为电子由锌极流向铜极，故铜极为正极，锌极为负极（电极的“阴”、“阳”是根据电极反应性质确定的；电极的“正”、“负”是根据电极电位高低确定的）。在电池内部，两电解质溶液通过KCL盐桥相接触。当电极发生氧化还原反应时，ZnSO₄ 烧杯中溶液富正电荷，CuSO₄烧杯中溶液富负电荷，这时盐桥中的Cl^-向ZnSO₄溶液中迁移，K 向CuSO₄溶液中迁移，由此构成电流回路。

原电池的总反应为：Cu² Zn→Cu Zn²

按照习惯，把阳极及与其相接触的溶液写在左边，把与阴极相关的部分写在右边；半电池中的相界面以单竖线“|”表示；两个半电池通过盐桥连接时以双竖线“║”表示；溶液注明活（浓）度，气体注明压力，若不特别说明，温度系指25℃。铜-锌原电池的符号可表示为：

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

若外加电压大于原电池的电动势，则铜-锌原电池变成电解池：

阳极（铜极、正极）：Cu-2e→Cu²

阴极（锌极、负极）：Zn² Cu→Zn

电解池的总反应为：Zn² Cu→Zn Cu²

上述反应是铜锌原电池反应的逆反应。显然，原电池的电池反应自发进行；电解池的电池反应不能自发进行。在电位法中使用的测量电池均为原电池。

电池由两个电极和电极之间的电解质构成，因而电化学发电的研究内容应包括电解质的研究，即电解质学，其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等，其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质溶液理论

原电池是利用两个电极之间金属性的不同,产生电势差,从而使电子的流动,产生电流.又称非蓄电池，是电化电池的一种，其电化反应不能逆转，即是只能将化学能转换为电能，简单说就即是不能重新储存电力，与蓄电池相对。

原电池是将化学能转变成电能的装置。所以，根据定义，普通的干电池、燃料电池都可以称为原电池。

电化学发电组成原电池的基本条件

1、将两种活泼性不同的金属(即一种是活泼金属一种是不活泼金属)，或着一种金属与石墨(Pt和石墨为惰性电极，即本身不会得失电子)等惰性电极插入电解质溶液中。

2、用导线连接后插入电解质溶液中，形成闭合回路。

3、要发生自发的氧化还原反应。

电化学发电原电池工作原理

原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。

电化学发电原电池的电极的判断

负极:电子流出的一极;发生氧化反应的一极;活泼性较强金属的一极。

正极:电子流入的一极;发生还原反应的一极;相对不活泼的金属或其它导体的一极。

在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。

电化学发电原电池的判定

(1)先分析有无外接电路，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池;然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是"四看":

看电极--两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极);

看溶液--两极插入溶液中;

看回路--形成闭合回路或两极直接接触;

看本质--有无氧化还原反应。

(2)多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。

电化学发电原电池原理的腐蚀

化学腐蚀与电化学腐蚀的比较如图1。

电化学发电燃料电池工作原理

用一句简单的话来描述，我们可以这样说：燃料电池是把燃料和氧气的化学能转化为电能的装置，它象电池一样有正负极。一般的电池只能贮存电能，而它却能源源不断地发出电来。因此这一点燃料电池类似内燃发电机组，但它运行的温度要低得多，并且没有或很少有转动部件。

电化学发电燃料电池系统的构成

为了满足电机或其它电器用电量的需求，不仅仅是有了电池堆就够了。作为一个燃料电池系统必须要有许多其它部件，具备诸如：燃料供给、水量平衡控制、输出功率调整、温度压力等参数的测控等等功能。没有以上各部件，燃料电池不可能产生出可用的电能。

（1）纯氢或富氢燃料供给系统；

（2）富氢燃料重整系统；

（3）氢提纯系统；

（4）氢气储存系统；

（5）燃料电池堆；

（6）输出能量控制调整器；

（7）电能存储器；

（8）温度控制系统；

（9）内部测量控制系统。

电化学发电燃料电池系统的优越性

（1）燃料电池发电时不需要内燃机，这就意味着和一般的发电机组不一样，这种发电设备的噪音很低，振动很小，几乎没有大气污染或温室气体排放。

（2）低耗电设备如：手机、便携式电脑等，及无排放汽车所用的燃料电池，不象普通的电池那样需要比较长周期的充电时间。另外燃料电池的燃料可贮存在本体外的存贮器内，这样就可以根据使用的要求去调整存贮器大小来调节使用时间。

（3）燃料电池的使用可以减少传统发电机组、输电系统、配电系统的投资和运行费用，同时可以 减少发输配过程中的损耗。

（4）燃料电池发电的效率远高于传统的发电机，燃料机组的能量转换的效率是传统发电机组的2-4倍。

电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。当前世界上十分关注的研究课题, 如能源、材料、环境保护、生命科学等等都与电化学以各种各样的方式关联在一起。

电化学原电池

原电池是利用两个电极之间金属性的不同,产生电势差,从而使电子的流动,产生电流.又称非蓄电池，是电化电池的一种，其电化反应不能逆转，即是只能将化学能转换为电能，简单说就即是不能重新储存电力，与蓄电池相对 。

原电池是将化学能转变成电能的装置。所以，根据定义，普通的干电池、燃料电池都可以称为原电池。

组成原电池的基本条件：

1、将两种活泼性不同的金属（即一种是活泼金属一种是不活泼金属），或着一种金属与石墨（Pt和石墨为惰性电极，即本身不会得失电子）等惰性电极插入电解质溶液中。

2、用导线连接后插入电解质溶液中，形成闭合回路。

3、要发生自发的氧化还原反应。

原电池工作原理

原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。

原电池的电极的判断：

负极：电子流出的一极；发生氧化反应的一极；活泼性较强金属的一极。

正极：电子流入的一极；发生还原反应的一极；相对不活泼的金属或其它导体的一极。

在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。

原电池的判定：

（1）先分析有无外接电路，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：看电极——两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）；看溶液——两极插入溶液中；看回路——形成闭合回路或两极直接接触；看本质——有无氧化还原反应。

（2）多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。

电化学电解池

电解池是将电能转化为化学能的装置。

电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

发生电解反应的条件：

①连接直流电源

②阴阳电极 阴极：与电源负极相连为阴极

阳极：与电源正极相连为阳极

③两极处于电解质溶液或熔融电解质中

④两电极形成闭合回路

电解过程中的能量转化（装置特点）：

阴极：一定不参与反应 不一定是惰性电极

阳极：不一定参与反应 也不一定是惰性电极

电解结果：

在两极上有新物质生成

电解池电极反应方程式的书写：

阳极：活泼金属—电极失电子（Au,Pt,Ir 除外）；惰性电极—溶液中阴离子失电子

注：失电子能力：活泼金属（除Pt Au）>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根(NO3 ->SO4 2-)>F-

阴极：溶液中阳离子得电子

注：得电子能力：Ag >Hg2 >Fe3 >Cu2 >H （酸）>Pb2 >Sn2 >Fe2 >Zn2 >H2O（水）>Al3 >Mg2 >Na >Ca2 >K （即活泼型金属顺序表的逆向）

对应关系：阳极连电源正极，阴极连电源负极（可见高中教材*《化学选修·四》）

规律：铝前（含铝）离子不放电，氢（酸）后离子先放电，氢（酸）前铝后的离子看条件。

四类电解型的电解规律①电解水型（强碱，含氧酸，活泼金属的含氧酸盐），pH由溶液的酸碱性决定，溶液呈碱性则pH增大，溶液呈酸性则pH减小，溶液呈中性则pH不变。电解质溶液复原—加适量水。

②电解电解质型（无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐，），无氧酸pH变大，不活泼金属的无氧酸盐PH不变。电解质溶液复原—加适量电解质。

③放氢生碱型（活泼金属的无氧酸盐），pH变大。电解质溶液复原—加阴离子相同的酸。

④放氧生酸型（不活泼金属的含氧酸盐），pH变小。电解质 溶液复原—加阳离子相同的碱或氧化物。