让电子走导线
把锌片放进硫酸铜溶液里（2.7.2 节），锌片表面很快析出红色的铜，溶液温度略有升高：Zn 失去的电子直接交给了贴在它表面的 Cu²⁺，反应放出的能量变成了热（2.10 节）。如果让 Zn 和 Cu²⁺ 不直接接触，电子只能沿着一根导线从锌跑到铜那边，这股电子流就是电流，能点亮小灯泡。把化学能转化为电能的装置叫做原电池galvanic cell，手机电池、干电池都是原电池。
最简单的原电池
人教版必修第二册的实验：把锌片和铜片插入稀硫酸，用导线连接，中间串一个电流表。电流表的指针偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有气泡（H₂）产生。
- 锌片：Zn − 2e⁻ = Zn²⁺。（本节按人教版的写法，“− 2e⁻”表示失去 2 个电子，等同于 2.13.3 节那种写法：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻。）锌失去电子，电子沿导线流向铜片。
- 铜片：2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑。溶液中的 H⁺ 在铜片表面得到电子。铜本身不参加反应，只是传递电子。
电子流出的一极叫负极anode，发生氧化反应；电子流入的一极叫正极cathode，发生还原反应。
双液原电池和盐桥
单液原电池里，锌片也会直接和溶液中的 H⁺（或 Cu²⁺）反应，一部分化学能变成了热，电流也不稳定。人教版选择性必修 1 把两个半反应分开：
- 左边烧杯：锌片插入 ZnSO₄ 溶液。
- 右边烧杯：铜片插入 CuSO₄ 溶液。
- 两个烧杯用盐桥salt bridge连起来：U 形管里装着含 KCl 饱和溶液的琼胶。
这样，Zn 只能把电子交给导线，Cu²⁺ 只能从铜片上得到电子：
- 负极（锌片）：Zn − 2e⁻ = Zn²⁺，发生氧化反应。
- 正极（铜片）：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu，发生还原反应。
- 总反应：Zn + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu。
两个电极反应就是 2.13.3 节的两个半反应。
电荷怎样流动
- 导线中： 电子从负极流向正极；电流的方向与电子流动的方向相反，从正极流向负极。
- 溶液中： 电子不能在溶液里流动，电荷靠离子的移动传递。左边烧杯里不断生成 Zn²⁺，正电荷变多；右边烧杯里 Cu²⁺ 不断被消耗，SO₄²⁻ 显得过多。
- 盐桥中： K⁺ 移向正极一侧（CuSO₄ 溶液），Cl⁻ 移向负极一侧（ZnSO₄ 溶液），使两边的溶液保持电中性，电路成为闭合回路。取出盐桥，电流立刻停止。
构成原电池的条件
- 有两个活泼性不同的电极，较活泼的金属作负极。
- 电极插入电解质溶液中。
- 形成闭合回路（导线连接，两种溶液之间用盐桥连通）。
- 有一个能自发进行的氧化还原反应。
哪种金属作负极，可以先用 2.7.2 节的金属活动性顺序判断：排在前面的金属更容易失去电子。到了 AP 第 9 单元，会用标准电极电势来定量地比较，并算出电池的电压。
下面选两种金属，搭一个双液原电池。看电子沿导线怎样流动、盐桥里的离子往哪边走；再试试换成两块相同的金属，或者取出盐桥：
和美国教材的不同
- 美国教材把原电池叫 galvanic cell 或 voltaic cell，电极叫 anode 和 cathode：发生氧化的是 anode，发生还原的是 cathode。在原电池里，anode 就是负极，cathode 就是正极。
- 注意：电解池（如 1.7.3 节的电解水）里，人教版把电极叫阳极、阴极，阳极接电源正极、发生氧化反应，英文也叫 anode。所以 anode 总是发生氧化的电极，但它在原电池里是负极，在电解池里接正极。
- 美国教材的电极反应写成 Zn → Zn²⁺ + 2e⁻，并用电池符号 Zn(s) | Zn²⁺(aq) ‖ Cu²⁺(aq) | Cu(s) 表示整个电池，左边是 anode。
例题 1：铁铜原电池
铁片插入 FeSO₄ 溶液，铜片插入 CuSO₄ 溶液，用导线和盐桥（KCl）连接。判断正、负极，写出电极反应式和总反应，说出电子和盐桥中离子的移动方向。
- 正负极。 活动性 Fe > Cu，Fe 更容易失去电子，铁片是负极，铜片是正极。
- 负极反应。 铁失去电子，发生氧化反应：Fe − 2e⁻ = Fe²⁺。
- 正极反应。 溶液中的 Cu²⁺ 得到电子，发生还原反应：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu。
- 总反应。 两个电极反应式相加，电子抵消：Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu。
- 电子的方向。 电子从负极（铁片）经导线流向正极（铜片）。电子不进入溶液。
- 盐桥中离子的方向。 负极区不断生成 Fe²⁺，正电荷变多，Cl⁻ 移向 FeSO₄ 溶液来平衡；正极区 Cu²⁺ 不断减少，K⁺ 移向 CuSO₄ 溶液来补充。简单说：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
- 现象。 铁片逐渐变细，铜片上析出红色的铜，CuSO₄ 溶液的蓝色逐渐变浅。
例题 2：铜片上的气泡从哪里来
在锌、铜和稀硫酸组成的单液原电池中，铜片上冒出气泡，但铜片的质量不变。气泡是什么？为什么铜不溶解？电路中通过 2 个电子时，锌片溶解几个原子，产生几个 H₂ 分子？
- 气泡。 是 H₂：溶液中的 H⁺ 在铜片上得到电子，2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑。
- 铜为什么不溶解。 铜排在 H 的后面，不能和稀硫酸反应；在这个电池里它是正极，只负责把导线送来的电子交给 H⁺。失去电子的是负极上的锌。
- 电子守恒。 两个电极上转移的电子数相等。负极 Zn − 2e⁻ = Zn²⁺，正极 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑，所以通过 2 个电子时，负极溶解 1 个 Zn 原子，正极生成 1 个 H₂ 分子。
- 放大到摩尔。 如果通过 0.2 mol 电子，就溶解 0.1 mol Zn（0.1 × 65 = 6.5 g），生成 0.1 mol H₂（标准状况下 0.1 × 22.4 = 2.24 L）。
- 常见错误。 以为气泡是铜和酸反应产生的。铜只是传递电子的“场地”，H₂ 来自溶液中的 H⁺，电子来自锌。
- 发生氧化反应的电极
负极上 Zn 失去电子，被氧化。
- 发生还原反应的电极
正极上 Cu²⁺ 得到电子，被还原。
- 电子从这里流出
负极失去电子，电子从负极流出，经导线流向正极。
- 铜在这里析出
Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu 发生在正极。
- 质量逐渐减小的电极
负极的锌不断溶解成 Zn²⁺。
- 电子经过它从一极流向另一极
电子只能在导线（和电极）中流动。
- 离子经过它在两个烧杯之间移动
盐桥中的 K⁺、Cl⁻ 在两个烧杯之间移动，使溶液保持电中性。
- 溶液中的阳离子移向这一极
正极一侧 Cu²⁺ 被消耗，阳离子（如盐桥中的 K⁺）移向正极。
- 取出它，电流就停止
没有盐桥，两边溶液不连通，电路断开。
常见误区
误区 1：“电子从负极经导线流到正极，再经溶液流回负极。” 电子只在导线和电极中流动。溶液和盐桥里传递电荷的是离子。
误区 2：“盐桥中的阳离子移向负极。” 正极一侧的阳离子（Cu²⁺）不断被消耗，负极一侧不断生成 Zn²⁺。为了保持电中性，盐桥中的阳离子移向正极，阴离子移向负极。
误区 3：“两块金属插进任何液体，连上导线就能产生电流。” 两块相同的金属之间没有自发的氧化还原反应；把锌片和铜片插进酒精（非电解质）里，溶液不导电，电路也不能闭合。四个构成条件缺一不可。
即时小测
铜锌双液原电池（ZnSO₄、CuSO₄ 溶液，盐桥相连）中，下列说法正确的是？
Zn 比 Cu 活泼，失去电子，是负极，发生氧化反应。电子从锌片流向铜片；Cl⁻ 移向负极一侧的 ZnSO₄ 溶液。
铜锌双液原电池工作时取出盐桥，电流表的指针会？
盐桥把两种溶液连通，构成闭合回路。取出盐桥，电路断开，电流停止。
小结
- 原电池把化学能转化为电能：自发的氧化还原反应中，还原剂失去的电子沿导线流向氧化剂。
- 负极：较活泼的金属，失去电子，发生氧化反应；正极：得到电子，发生还原反应。铜锌原电池中，负极 Zn − 2e⁻ = Zn²⁺，正极 Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu。
- 电子在导线中从负极流向正极；盐桥中阳离子移向正极、阴离子移向负极，使溶液保持电中性。构成条件：两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路、自发的氧化还原反应。
通往 AP（以后再看）
AP 9.7 要求读懂或画出原电池示意图，标出 anode、cathode、电子流动方向和盐桥中离子的移动方向；9.8 用标准还原电势算出电池电动势 E°cell，判断反应能否自发进行。这一节只做定性的判断，定量的部分留到 AP 第 9 单元。