为什么常用的电池又称为化学电池

我们平时常用的电池又称为化学电池,或化学电源,这是因为电池实际上是一种通过化学反应将物质的化学能直接转变为电能的装置。

那么,科学家是怎么从化学反应联想到电池的呢?原来,在化学反应中,经常会发生电子转移。例如,在一个盛有硫酸铜溶液的烧杯中,放入一块锌片,过不了多久,锌片就会变成金黄色,那是因为锌原子把两个电子给了铜离子,变成了锌离子;而溶液中的铜离子则接受了这两个电子变成了铜原子,沉积在锌片的表面。

Zn+Cu2+ Zn2++Cu

这个过程中只发生了电子的转移,并没有电流的产生。但是,如果把这个反应分开在两个区域内进行,让锌释放的电子通过一根导线传到铜离子那里,情况就不一样了。如图,只要左边烧杯里有锌棒在,右边烧杯里有铜离子在,那根导线上就一直会有电子流过,这不就是电流吗?但是,锌所释放的电子尽管可以通过导线传出去,锌离子却无法进入溶液。这是因为烧杯中的阴阳离子是电荷平衡的,如果锌离子进去的话就破坏了电荷平衡。而在另一边的烧杯中,铜离子得到两个电子,变成了铜原子,溶液中阳离子少了,原有的平衡也被破坏了。为了保持平衡,可以在两个烧杯中间架一座硫酸钾盐桥。当锌离子进入溶液后,盐桥中的硫酸根阴离子就跟着进入溶液中使电荷平衡;在装硫酸铜的烧杯中,盐桥中的钾离子起到补充阳离子的作用,不让溶液的电荷失去平衡。这样反应就能连续不断地进行下去,导线中也就产生了连续不断的电流。当锌耗尽,电池的“电”也就用完了。

我们平时使用的电池就是按这个原理来制备的:选择一个有电子得失的化学反应(也称为氧化还原反应),如前面提到的锌置换铜的反应,将失去电子和得到电子的反应分开在两个区域内进行,作为两个电极,中间用导线相连,再加一种电解质溶液以平衡电荷。就这样,科学家让化学反应神奇地变成了电流,这也是人们称这种电源为化学电源的缘故。形形色色的电池,只是电极材料和电解质不同而已。

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