R3 经典的电化学电池

图R02表明，碘离子I^-与三价铁离子Fe³⁺之间的电子转移可用来产生电流，方法是在两份溶液中分别放入铂电极，用导线连接铂电极，并用盐桥连接溶液。构成电子转移反应的两个半反应分别在两个烧杯的溶液中发生。这就是一个电化学电池，发生两个半反应的烧杯就是它的两个半电池。所以，电化学电池是一种装置，它能使电子转移反应按这种方式发生，并在两个电极间产生电流。

如果把金属锌片放入蓝色的硫酸铜(CuSO₄)溶液中，溶液的颜色自动变浅，锌片也会变成红棕色。锌金属与二价铜离子之间发生了电子转移，随之铜沉积在锌片上。随着铜离子不断地在锌片上被还原为铜， 溶液颜色会不断变浅。而金属锌则被氧化成无色的锌离子。这个反应可表示为:

原则上，因为电能可转化为热能，电子转移反应可由温度升高间接观察到。
该氧化还原反应可拆分为以下两个半反应方程式:

如果这两个半反应如R02(右边)所示分别在两个烧杯里进行，每个烧杯中都有金属作为电极浸在相 应金属盐的水溶液中，用盐桥连接两份溶液，两个电极用导线连接在灯泡上，如R03图示，我们就再次做成了可产生电流的电源。

该装置又一次证实反应涉及电子转移。如果这个简单电化学电池的温度保持在25°C(298K)，而且锌离子与铜离子的浓度都是1 mol/L，我们就得到了丹尼尔(Daniell)电池。

一个电池中，电子流过外电路的趋势用电动势来定量度量，也称为电池电势E_cell。电池的电动势可用高阻抗伏特计测量，它消耗的电池电流可忽略不计。丹尼尔电池的电势为+1.1 V。

习惯上，电池电势的方向取从电池左边到电池右边，将负电极(或相对负的电极)放在电池左边。所以有:

电池可表示为:

虽然硝酸盐、氯化物或硫酸氢盐也可以应用在电化学电池中，但是实践中经常使用硫酸盐。

如 R02 所示，盐桥中含有KCl或KNO₃。这是一个十分有效的离子导体，可以很好地连接溶液。它不含任何可能起干扰作用的物质。


两个电极一经连接，电流开始流动，反应开始进行。当电子在锌电极和铜电极之间流动时，一个半电池中的锌离子浓度不断上升，而另一个半电池中的铜离子(II)浓度不断下降，造成离子不平衡。

这个结果使得两个半电池之间的电势差减小。两份溶液间的盐桥可以维持离子平衡，不会使一个半电池中的离子移到另一个半电池中。盐桥中的正离子(阳离子)扩散进硫酸铜溶液中，负离子(阴离子)扩散进锌离子溶液中。反应一直持续进行到两个电极间的电势差最终降为零。此时，所有铜离子或金属锌电极材料全部消耗殆尽。

图R03右边有一个柠檬，上面插有两个电极，一个是锌，一个是铜。若用导线把两个电极连接在伏特计上，可以测量到电势差(明显小于1.1 V)。同样，锌是阳极，铜是阴极。

柠檬中肯定含有离子，起到与丹尼尔电池中Cu2+和 Zn2+一样的作用。即使两个电极插在同一溶液中， 并没有盐桥，离子扩散仍然很慢，所以电压很低，但还能测得出。

柠檬中肯定含有离子，起到与丹尼尔电池中Cu²⁺和Zn²⁺一样的作用。即使两个电极插在同一溶液中，并没有盐桥，离子扩散仍然很慢，所以电压很低，但还能测得出。

电池的电极

金属由阳离子(带正电的离子)和周围的电子所组成。当把一条金属放入到这种金属离子的溶液中时， 金属中的一些阳离子可能会溶出，导致金属上电子积累:

金属条因此带上负电。

反过来，溶液中的金属离子也会从金属条上夺取电子，也会像金属原子那样释放出电荷:

金属条与溶液之间的电势差取决于金属的性质，以及金属表面上的平衡所涉及离子的浓度。例如，如果我们比较锌(Zn)与铜(Cu)，因为锌溶解为离子的倾向更大，沉积为金属的倾向更小，为了在各自的.溶液中达到同样的离子浓度，锌就需要比铜更负的电势。所以，在图 R03 所示的体系中，锌电极为阳极，而铜电极为阴极。阳极上发生氧化反应:锌转变成锌离子。阴极上发生还原反应:二价铜离子被还原为铜金属。在原电池中，阳极用符号s表示，阴极用r表示。在电解池(见R11)中，阳极上发生氧化反应，用 正r表示，阴极用负s表示。对原电池来说，依据阳极和阴极，电压或电池电势可写为: