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18.3: 伏尔泰/加尔瓦尼细胞
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伏尔泰/加尔瓦尼细胞
 
文字本

18.3: 伏尔泰/加尔瓦尼细胞

自发化学反应

自发的重氧化反应在自然界中大量发生。一次性AA电池中发生的化学反应为我们的遥控器供电,是自发重氧化反应的一个例子。另一个例子是将卷起的铜线浸入水性硝酸银溶液中。反应显示逐渐,视觉上令人印象深刻的颜色变化,从无色到明亮的蓝色和形成一个灰色沉淀在铜线上。在这个实验中,铜经过氧化形成杯状离子,使溶液变蓝,而银离子则减少,在电线上形成银沉淀物。

反应可以概括为:

Eq1

在这里,有一个直接和自发的电子从铜线转移到银离子。

电化学细胞和镀锌细胞

假设设备包含重氧化系统的所有反应剂和产品,但可以防止反应者之间的物理接触。因此,防止电子的直接转移:相反,它通过接触分离反应物的外部电路间接发生。这种类型的设备通常被称为 电化学细胞

电化学电池是一种仪器,其中电流是由重氧化反应产生的,而反应原子之间没有直接接触。电流因自发的重氧化反应而产生电化学细胞,称为电电或伏特细胞(以路易吉·加尔瓦尼和亚历山德罗·沃尔塔的名字命名)。

镀锌电池的组件

图1中描绘了基于铜和银(I)自发反应的电细胞。一个典型的电化细胞由两个半细胞组成,每个细胞都包含一个单一反应剂的红牛结合对或一对。左边的半细胞包含Cu(0)/Cu(II)夫妇,其形式是固体铜箔和硝酸铜水溶液。右半细胞包含Ag(I)/Ag(0)夫妇作为固体银箔和水性硝酸银溶液。外部电路连接到其固体箔的每个半细胞,这意味着Cu和Ag箔每个功能作为一个 电极。反应发生在每个半细胞反应混合物与其各自的电极之间的接口。阳极是发生氧化的电极,它带有负电荷,而阴极是发生减少的电极,它具有正电荷。

两个半细胞由盐桥连接,盐桥是一个倒置的U管,含有氯化钾或硝酸铵等惰性电解质的凝胶或粘贴。盐桥有助于保持反应混合物的分离,同时确保反应的电荷平衡。这个细胞的自发反应在阴极半细胞中产生Cu2+cations, 并在阴极半细胞中消耗Ag+ 离子,导致盐桥的惰性离子的补偿性流动,保持电荷平衡。盐桥提供惰性离子的流动,通过中和阳极和阴极正负离子的积累,确保反应继续。因此,在节点半细胞中增加Cu2+ 的浓度是由从盐桥流入的NO3+ 来平衡的,而纳+ 流入阴极半细胞的流量弥补了Ag+ 浓度的下降。

Image1

图1:基于铜和银(I)离子自发反应的电细胞。

使用细胞示意图或细胞注释的镀锌细胞的表示

使用细胞示意图或细胞符号象征性地表示电化细胞。

• 在单元格示意图中,组件相之间的所有接口均以垂直平行线表示。
• 如果同一阶段存在两个或多个组件,则它们在表示中使用逗号分离。
• 节点在示意图的左侧表示,阴极表示在右侧。
• 双垂直线表示两个半反应之间的盐桥或多孔分区。
• 按照惯例,示意图从节点开始,从左到右进行,识别细胞内遇到的阶段和接口,以阴极结束。

例如,上述镀锌电池由沉浸在水性铜(II)硝酸盐中的固体铜节点组成,通过盐桥连接到浸入水中的银(I)硝酸盐溶液,这是一个实心银阴极。将此语句转换为以下准则中的象征意义会导致单元格示意图:

Eq2

本文改编自开放式,化学2e,17.2镀锌细胞。

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