《醫(yī)用化學(xué)》 一、原電池

將鋅片插入CuSO4溶液中，鋅片上的Zn原子失去電子成為Zn2+而溶解；溶液中的Cu2+得到電子成為金屬Cu在鋅片上析出，即發(fā)生如下的氧化還原反應(yīng)：

反應(yīng)中電子從鋅原子轉(zhuǎn)移給銅離子。由于鋅片和硫酸銅溶液直接接觸，溶液中銅離子無秩序地自由運(yùn)動，使得

Zn和Cu2+之間電子的轉(zhuǎn)移是直接的、無序的，不能定向地形成電流，化學(xué)能都以熱的形式散失在環(huán)境之中。

如果我們采用一個裝置（圖6-1），使鋅原子上的電子不直接轉(zhuǎn)移給銅離子，而是使還原劑Zn失去的電子沿著一條金屬導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到氧化劑Cu2+上。這樣，在導(dǎo)線中就有電流通過。

圖6-1 銅鋅原電池

這個裝置是在盛有ZnSO4與CuSO4溶液的燒杯中分別插入鋅片和銅片。兩個溶液用鹽橋相連。鹽橋是一支U形管，通常充滿用KCL（或KNO3）飽和了的瓊脂膠凍。用導(dǎo)線聯(lián)接兩個金屬片，并在導(dǎo)線中串聯(lián)一個靈敏的電流計。通過實(shí)驗(yàn)可以看到：

電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明金屬導(dǎo)線上有電流通過。根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向，可以確定鋅片為負(fù)極，銅片為正極。

鋅片開始溶解，而銅片上有金屬銅沉積上去。

取出鹽橋，電流計指針回到零點(diǎn)，放入鹽橋，電流計指針又偏轉(zhuǎn)。

對上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可作如下分析：

鋅片溶解說明鋅片失去電子，成為Zn2+進(jìn)入溶液。

Zn→Zn2++2e-

電子由鋅片經(jīng)金屬導(dǎo)線流向銅片，溶液中Cu2+從銅片上得到電子成為銅原子在銅片上析出。

Cu2++2e-→Cu

鹽橋的溝通電路，使反應(yīng)順利進(jìn)行。因?yàn)殡S著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，在ZnSO4溶液中，Zn2+增多，溶液帶正電荷；在CuSO4溶液中，由于Cu2+變?yōu)镃u，Cu2+減少，溶液帶負(fù)電荷。這樣將阻礙Zn的繼續(xù)氧化和Cu2+的繼續(xù)還原。由于鹽橋的存在，其中CL-向ZnSO4溶液擴(kuò)散，K+則向CuSO4溶液擴(kuò)散，分別中和過剩的電荷，使兩溶液維持電中性，保證了氧化還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。

上述裝置中進(jìn)行的總反應(yīng)為，

Zn+Cu2+→Zn2++Cu

這一氧化不原反應(yīng)分兩處進(jìn)行，一處進(jìn)行氧化，另一處進(jìn)行還原。即電子不是直接從還原劑轉(zhuǎn)移到氧化劑，而是通過外電路進(jìn)行傳遞，電子進(jìn)行有規(guī)則的流動，從而產(chǎn)生電流，實(shí)現(xiàn)了由化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)變。這種借助于氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置稱為原電池。上述由銅、鋅及其對應(yīng)離子所組成的原電池叫做銅鋅原電池。

原電池由兩個半電池組成。在鯛銅鋅原電池中，鋅和鋅鹽溶液組成一個半電池，銅和銅鹽溶液組成另一個半電池。半電池又叫電極。

在原電池中，給出電子的電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；接受電子的電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。在銅鋅原電池中，鋅半電池為負(fù)極，銅半電池為正極。

在負(fù)極或正極上進(jìn)行的氧化或還原半反應(yīng)叫做電極反應(yīng)?？偡磻?yīng)稱為電池反應(yīng)。銅鋅原電池的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)可分別表示如下：

電極反應(yīng)負(fù)極 Zn→Zn2++2e-

正極 Cu2++2e-→Cu

電池反應(yīng)Zn+Cu2+→Zn2++Cu

單獨(dú)表示電極組成時，作為導(dǎo)體的金屬通常寫在右邊。銅鋅原電池有兩個電極組成式為Zn2+│Zn和Cu2+│Cu。

為了方便，原電池裝置可用符號表示。書寫電池的慣例如下：

1．一般將負(fù)極寫在左邊，正極寫在右邊。

2．寫出電極的化學(xué)組成及物態(tài)，氣態(tài)要注明壓力（單位為kPa），溶液要注明濃度。

3．單線 “│ ” 表示極板與電極其余部分的界面。

4．同一相中不同物質(zhì)之間以及電極中其它相界面均用逗呈“，”分開。

5．雙線“‖”表示鹽橋。

6．氣體或液體不能直接作為電極，必須附以不活潑金屬（如鉑）作電極板起導(dǎo)體作用。純氣體、液體如H2（g）Br2(l)緊靠電極板。

銅鋅原電池的電池表示式為：

(一)Zn│Zn2+(c1)‖Cu+(c1)│Cu(+)

FeCL3和SnCL2溶液間可發(fā)生下面反應(yīng)：

2FeCl3+SnCl2→2FeCl2+SnCl4

該反應(yīng)可以組成一個原電池。電極反應(yīng)和電池反應(yīng)及電池表示式為：

電極反應(yīng)　負(fù)極Sn2+→Sn4++2e-

正極Fe3++e→Fe2+

電池反應(yīng) 2Fe3++Sn2+→2Fe2++Sn4+

電池表示式(-)Pt│Sn2+(c1),Sn4+(c2)‖F(xiàn)e3+(c3),Fe2+(c4)│Pt(+)

上述電池兩個電極組成式為Sn4+，Sn2+│Pt和Fe3+，F(xiàn)e2+│Pt。