电化学：原电池与电解池详解

什么是电化学？

电化学研究化学反应与电能之间的关系。

两种电化学池：

• 原电池（伏打电池）：自发氧化还原反应产生电能（如电池）。
• 电解池：外加电能驱动非自发氧化还原反应（如电镀、冶炼铝）。

学习目标：

1. 描述两种电化学池的构造和组件。
2. 利用标准电极电位计算电池 EMF。
3. 区分阳极和阴极。
4. 应用法拉第定律计算电解量。

原电池

记忆法：阳极 = 氧化。阴极 = 还原。"An Ox, Red Cat."

电池 EMF（电动势）

$E°_{cell} > 0$ → 反应自发。

原电池 vs 电解池

关键：无论在哪种池中，氧化始终在阳极，还原始终在阴极。

法拉第定律

例题解析

例题 1：计算 Zn-Cu 电池的 EMF

$E°_{cell} > 0$ → 自发。Zn 被氧化（阳极），$Cu^{2+}$ 被还原（阴极）。

例题 2：法拉第定律计算

题目：2.0 A 电流通过 $CuSO_4$ 溶液 30 分钟，沉积多少铜？

例题 3：熔融 NaCl 电解产物

• 阴极：$Na^+ + e^- \rightarrow Na$（钠金属沉积）
• 阳极：$2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-$（氯气逸出）

常见错误

1. 混淆两种池中阳极/阴极的符号 — 原电池中阳极 (−)，电解池中阳极 (+)。但氧化/还原的位置不变。

2. EMF 计算中减法搞反 — 始终是 $E°_{cathode} - E°_{anode}$。

3. 法拉第定律忘记换算时间 — 必须用秒，不是分钟。

4. 水溶液电解忽略水的竞争 — 水溶液中，水本身可能优先被氧化或还原。

考试技巧

• 画图标清：阳极（氧化）、阴极（还原）、电子流方向、盐桥中离子移动方向。
• EMF 计算：$E°$ 更正（或更不负）的是阴极。
• 电解题：在每个电极写半反应方程式。

常见问题

为什么需要盐桥？

没有盐桥，电荷会在半电池中积累（一边阳离子过多，另一边过少），反应停止。盐桥允许离子流动，维持电中性。

$E°_{cell}$ 为负意味着什么？

反应在标准条件下非自发。需要外加电能（电解）来驱动。

相关主题

• 配平氧化还原反应 — 电化学使用的半反应方程式。
• 化学键 — 电解质中的离子键。
• 周期趋势 — 电极电位趋势与原子结构相关。