自发的氧化还原反应会产生电能,可以为电气设备供电。但它是如何工作的呢?请考虑铜和硝酸银溶液 之间的氧化还原反应。当放在一个容器中时,铜 被氧化成亚铜离子,而银离子 被还原成银沉淀。这里,电子转移是直接的,不产生电流。然而,当这些半反应 在物理上被隔开,并通过 外部电路连接时,就会观察到电流。这种装置称为电化学电池,进一步 定义为自发氧化还原反应的原电池 或伏打电池。原电池由两个半电池组成,在其相应的电解质溶液中包含固体金属电极 的半电池反应混合物。这里指的是硝酸铜水溶液中的铜 和硝酸银水溶液中的银。被隔开的反应物具有电池电势,但由于没有外部连接,不会发生反应或产生电子流。一旦与外部连接,电子将被迫间接流过外部电路,从而使反应在各自的电极上发生。按照惯例,氧化反应发生在带负电荷的 阳极,还原反应发生在带正电荷的 阴极。随着电子的转移,在氧化半电池中形成正离子,在还原半电池中形成负离子。这会导致正电荷和负电荷的积聚,阻止电子进一步流动,必须 不断中和才能使反应持续进行。因此,两个半电池通过一个 盐桥连接:一个倒置的 U 形管,里面装有惰性电解质的糊状或凝胶状物质,比如硝酸钠。随着氧化还原反应的进行,反离子流入各自的半电池中,来确保电荷中和,而不会混合电解质。这是用来描述原电池的 特殊符号或电池示意图。左边是氧化反应,右边是还原反应。垂直双线表示连接两个半电池的盐桥,垂直单线表示 组分相之间的界面。如果同一相中存在两个或多个组分,则用逗号分隔。