原电池的氧化还原反应-基础化学

在生产和生活中，我们经常会遇到化学能与电能相互转化的实例。例如，各种类型的电池大多是化学电源，它们利用化学反应，使化学能直接转化为电能。

在现代生产生活中，电池发挥着越来越重要的作用，大到人造卫星、飞机、轮船，小到电脑、手机、手表。电池释放的电能来自哪里？

■科学探究

完成下列实验，将观察到的实验现象和得到的结论填写在表中。

【实验1】如图1，把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象。

【实验2】如图2，把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象。

【实验3】如图3，用导线把实验2中的锌片和铜片连接起来，观察实验现象。

【实验4】如图4，在导线中间连接一个灵敏电流计，观察实验现象。

图5-1-1　化学能转化为电能的实验

在上述实验中，将锌片和铜片同时插入稀硫酸中，并用带电流计的导线将它们连接起来，可以看到锌片不断溶解，铜片上有气泡产生，电流计指针发生偏转。说明利用这个装置能将化学能转化为电能。反应过程中电流是这样形成的：

①在锌片（负极）上，锌失去电子形成锌离子（Zn2+）进入溶液，电子经锌电极流向导线；

②流出锌电极的电子经导线通过电流计流入铜电极。(www.xing528.com)

③在铜片（正极）上，流入铜电极的电子使氢离子还原成氢气。

④铜电极附近溶液中氢离子减少，锌电极附近溶液中增加的锌离子向铜电极附近移动，使电极和溶液形成电流回路。

上述化学能转化为电能的反应可表示为

我们把化学能转变为电能的装置称为原电池。在原电池中，发生的化学反应是氧化还原反应。发生氧化反应的一极上有电子流出，作负极，失去电子的物质是还原剂。电子通过原电池的负极经导线流向正极，在正极上氧化剂得到电子，发生还原反应。

原电池就是这样通过化学反应实现化学能向电能的转化的。

定义：将氧化—还原反应的化学能直接转变为电能的装置。

再以Cu-Zn原电池（Daniell Cell，丹尼尔电池）为例：

负极反应：

正极反应：

电池反应：

图5-1-2　Cu-Zn原电池示意图

在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触，减免和稳定液接电势，使液接电势减至最小以致接近消除。另外在丹尼尔电池中，使用琼脂盐桥还可以防止负极（Zn）和正极电解液（CuSO4）直接反应，而导致自放电现象。