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铁-铜原电池 微观模型
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铁-铜原电池 四大构成要素

以铁-铜原电池为例,原电池将氧化还原反应的化学能直接转化为电能。点击模型部件或使用「下一步」逐步探究。

电极材料

容纳反应发生的导电场所,Fe 做负极,Cu 做正极

电极反应物

参与氧化还原反应:Fe 失电子,H⁺ 得电子

电子导体

导线和G表构成外电路,电子经G表从负极流向正极,G表右偏

离子导体

电解质溶液构成内电路,离子定向迁移传导电荷

铁-铜原电池 vs 氢氧燃料电池
Fe-Cu:Fe 本身作负极被消耗,H⁺在 Cu 上得电子产生 H₂
燃料电池:Pt 电极不参与反应,H₂和O₂分别在两极反应

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电极材料

电极材料是容纳电极反应发生的场所,为反应物提供得失电子的界面。

使用铁(Fe)做负极铜(Cu)做正极。铁比铜活泼,会优先失去电子发生氧化反应。

两种活泼性不同的导体。活泼性较强的金属做负极,较弱的做正极。

负极(Fe)比正极(Cu)活泼,Fe 会失去电子变成 Fe²⁺ 进入溶液,而 Cu 电极本身不参与反应。

活泼性差异Fe 负极Cu 正极导电性
电极反应物

电极反应物是参与氧化还原反应的物质——还原剂(失电子)和氧化剂(得电子)。

Fe 作为还原剂,在负极失去电子:

Fe − 2e⁻ = Fe²⁺

H⁺ 作为氧化剂,在正极得到电子:

2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑
Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑

铁溶解进入溶液,铜极表面冒出气泡(H₂)。

Fe 失电子H⁺ 得电子氧化还原
电子导体

电子导体即导线和G表,构成外电路,使电子从负极定向移动到正极。

电子从 Fe(负极)经导线和G表流向 Cu(正极)。G表指针右偏,表示电流从左到右。电子的定向移动产生电流。

外电路电流方向与电子流向相反——电流从正极(Cu)流向负极(Fe),电子从负极(Fe)流向正极(Cu)。

电路必须闭合,否则原电池无法工作。导线断开则无电子流动,反应停止。

导线G表外电路定向移动闭合回路
离子导体

离子导体即电解质溶液,构成内电路,通过离子定向迁移传导电荷。

使用稀硫酸(H₂SO₄)作为电解质溶液。

H⁺ 向正极(Cu)迁移SO₄²⁻ 向负极(Fe)迁移。离子的定向移动使溶液中形成电流。

离子迁移维持溶液电中性,形成闭合回路。若无电解质溶液,内电路断开,原电池无法工作。

电解质溶液内电路离子迁移H₂SO₄