伏打电池与电化学电池

本页只讲氧化还原平衡里的一条中五内容标准：伏打电池与电化学电池。这是电解的镜像。

在电解里，电强迫氧化还原反应发生；在伏打电池里，自发的氧化还原反应产生电。只要把电子流向和电极标签弄对，这就成了本章最可靠的题目之一。

什么是伏打电池

伏打电池（也叫化学电池或原电池）用自发的氧化还原反应把化学能转成电能。最简单的版本是把两种不同的金属作为电极浸入电解质，再用导线经灯泡或电压表连接。

因为两种金属活泼性不同，一种比另一种更愿意放出电子，这个差异就驱动了电流。

更进阶的版本，丹尼尔电池，用两个半电池：锌浸在硫酸锌(II) 里、铜浸在硫酸铜(II) 里，由一座盐桥连接，盐桥完成电路，同时防止两溶液混合。

两极、电子流向与半反应式

规则直接来自活性顺序：

• 较活泼的金属更容易失去电子，所以它被氧化、成为负极（电池的阳极）。
• 较不活泼的金属是正极（阴极），在那里发生还原。
• 电子经外导线从负极（较活泼金属）流向正极（较不活泼金属）。 传统电流方向相反。

以硫酸铜(II) 中的镁铜电池为例：

• 负极（镁，被氧化）：Mg → Mg²⁺ + 2e-
• 正极（铜，还原）：Cu²⁺ + 2e- → Cu

镁溶解，铜电极上镀上一层铜，正如置换反应一样，因为伏打电池就是一个置换反应，只是把电子转移引到了导在线。正因如此，如果你已经能预测置换，你就已经能预测伏打电池里发生什么；要补的只是两极的标签和电子流向。

电池电压与电化学序

简单电池的电压（电位差）取决于两种金属在活泼性上相差多远：差距越大，电压越高。所以镁铜电池的电压比锌铜电池高，因为镁与铜比锌与铜相差更远。

通过测量许多组合的电压，化学家把金属排成电化学序，本质上就是按电极电位排序的活性顺序。总是被氧化（负极）的那种金属就是较活泼的、在序中较高的一种。

伏打电池与电解电池的对比

把这两种电池清楚分开，因为考试常把它们配在一起考。伏打电池含两种不同的金属，不需要外接电源，自发反应产生电，它的负极是氧化的场所。

电解电池含接到外接电源的电极，电源强迫非自发反应发生；它的阴极（负极）是还原的场所。能量变化也相反：伏打电池把化学能转成电能，而电解电池把电能转成化学能。

能干净利落地说出这些区别，是常见的简答题。

例题

题目。 用一条镁片和一条铜片在稀硫酸里做成一个简单电池，经电压表连接。

说出哪一片是负极，给出电子流向，写出每个电极的半反应式，并说出哪种金属被氧化。

第一步，比较活泼性。 镁比铜活泼，所以镁更容易放出电子。

第二步，指定两极。 较活泼的金属是负极，所以镁是负极，铜是正极。

第三步，电子流向。 电子经外导线从镁（负极）流向铜（正极）。

第四步，半反应式。

• 负极（镁）：Mg → Mg²⁺ + 2e-（失去电子＝氧化）。
• 正极（铜）：这里酸中的氢离子被还原，2H⁺ + 2e- → H₂（铜片上有气泡）。

第五步，哪种被氧化。 镁失去电子，所以镁被氧化（它是还原剂，也是负极）。

答案。 镁是负极；电子经导线从镁流向铜；镁处 Mg → Mg²⁺ + 2e-，铜处 2H⁺ + 2e- → H₂；镁被氧化。

练习题

在同一种电解质里装两个简单电池：电池 1 用锌和铜；电池 2 用镁和铜。预测哪个电池产生较高的电压并解释原因。

每个电池里，哪种金属是负极？

答案。 电池 2（镁和铜）产生较高的电压，因为镁与铜在活性顺序里比锌与铜相隔更远，活泼性差距越大，电压越大。两个电池里，较活泼的金属都是负极，电池 1 是锌，电池 2 是镁。

考试提示

把一句话钉进记忆：较活泼的金属是负极，被氧化，也是电子流出的那一端。 其余全都随之而来。

别把伏打电池和电解搞混：伏打电池里负极是氧化发生的地方，这与电解里负极（阴极）发生还原恰好相反，这是经典的 SPM化学 陷阱。对电压比较题，永远用活泼性差距来论证，而不是只说「镁很活泼」。

在任何电池图上画出电子流向箭头；它能拿分，也能防止粗心的方向错误。

本章定位

伏打电池把置换、活性顺序和远距离电子转移的观念系在一起。最后一条标准，活性顺序与金属提取，用的正是你在这里建立的金属排序。

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