原电池的基本原理
手机用了一天电量耗尽、手电筒里的干电池越用越弱、汽车发动需要蓄电池提供电力……这些日常场景有一个共同的本质：化学反应正在发生，产生了电能。把氧化还原反应释放出的能量转变为电能的装置，就叫做原电池。理解原电池，首先要回到一个熟悉的问题——电子转移。
从化学能到电能
前面学过，氧化还原反应的本质是电子的转移。活泼金属锌放入稀硫酸中，锌失去电子变成 ，溶液中的 得到电子变成 逸出：
在这个反应里，电子是从锌原子直接转移给了溶液里的 。电子虽然在流动，但没有形成定向的电流——它们只是在锌表面“短路”了，化学能全部转化成了热能和气泡的动能，白白浪费掉了。
化学家想到：既然氧化还原反应中有电子转移，能不能让这些电子“绕道”走一段导线，顺便做些有用的功？答案是肯定的——这就是原电池的核心思路。
把同一个氧化还原反应拆开，让氧化过程和还原过程分别在两个地方进行，用导线连接这两个地方，电子就会沿导线定向流动，形成电流。
原电池的本质：将氧化还原反应中自发发生的电子转移，通过外部导线形成定向电流，把化学能转化为电能。
原电池的基本构成
原电池并不复杂，一个最简单的原电池只需要三样东西：两种导电材料（电极）、一种能导电的液体（电解质溶液）、以及把两个电极连接起来的导线。
把锌片和铜片分别插入稀硫酸中，再用导线把它们连起来，就构成了历史上最经典的原电池——铜锌原电池（又叫伏打电堆的简化版）。
两个电极一个叫负极，一个叫正极。负极是失去电子的那个（活泼金属），正极是得到电子的那个（较不活泼的导体）。
铜锌原电池的工作原理
把锌片和铜片插入稀硫酸中并用导线相连，闭合电路后会发生两件事：铜片上冒出气泡，锌片在逐渐溶解，而与此同时，导线中有电流流过，可以点亮一个小灯泡。
这两件事不是偶然同时发生的，而是同一个氧化还原反应的两个“半程”。
负极上发生的反应（氧化反应）
锌片上，锌原子失去 2 个电子，溶解进入溶液，变成 ：
这些电子无法直接跑到溶液里，因为溶液不是金属导体，电子会优先沿导线流向铜片。
正极上发生的反应（还原反应）
电子经过导线到达铜片后，溶液中的 会“守候”在铜片表面，得到这些电子，被还原为氢气逸出：
这就是铜片上冒出气泡的原因——铜本身不参与反应，它只是提供了一个让 得到电子的“平台”。
例题1： 铜锌原电池中，将导线换成电流计，闭合电路后，电流计指针发生偏转。请分析：（1）电子从哪个电极流出？（2）铜片上会出现什么现象？（3）溶液中 的浓度如何变化？
正极与负极的判断
区分原电池的正极和负极是解题的关键，判断方法有两条思路，可以互相印证。
方法一：看金属活动性
活动性较强的金属作负极（容易失去电子），活动性较弱的材料作正极。
方法二：看电极现象
负极会逐渐溶解（金属减少）；正极表面会有气泡冒出（溶液中 被还原），或者有金属析出（溶液中的金属离子被还原）。
例题2： 将铁片和碳棒插入 溶液中，用导线相连，判断各电极的身份及发生的反应。
铁（Fe）的活动性强于碳（C），铁作负极，碳作正极。
判断正负极时，要看两个电极材料的相对活动性，而不是绝对活动性。活动性强的那个是负极，活动性弱的那个是正极——哪怕两者都是活泼金属，也适用这一规律。
电子流向与离子迁移
原电池中，整个回路分为两部分：外电路（导线部分）和内电路（电解质溶液部分）。两部分共同构成完整的闭合回路，缺一不可。
外电路中——电子的流动
电子只能在导线（金属）中流动。在外电路里，电子从负极流出，经过导线，流向正极。
需要注意，电流方向与电子流向相反，电流从正极流向负极（这是由历史上对电流方向的定义决定的）。
内电路中——离子的迁移
溶液中没有自由电子，但有可以移动的离子。为了维持电荷平衡（负极不断“亏”正电荷，正极不断“多”正电荷），溶液中的离子会迁移：
阳离子（带正电）向正极方向移动，阴离子（带负电）向负极方向移动。
例题3： 铜锌原电池中，稀硫酸里的 和 各向哪个方向移动？
记忆口诀：外路电子负流正（外电路，电子从负极流向正极）；内路阳离正极行（内电路，阳离子向正极方向移动）。
原电池的构成条件
并不是随便两块金属泡在液体里就能组成原电池，需要满足以下四个条件，缺少任何一个，原电池都无法正常工作。
条件一：有两种活动性不同的电极材料
两种电极材料的活动性必须有差异，才能产生电势差（电压）。通常是两种不同金属，或者一种金属搭配碳棒（碳棒活动性极弱，相当于“惰性”正极）。
条件二：电极材料必须浸在电解质溶液中
电解质溶液提供了可以迁移的离子，构成内电路。没有电解质溶液，内部回路断路，电子无法持续流动。纯水导电能力极差，不能作为有效的电解质溶液。
条件三：两极之间必须形成闭合回路
两个电极之间需要用导线连接（外电路闭合）。如果导线断开，电子无处可去，反应会停止。
条件四：必须发生自发的氧化还原反应
原电池利用的是自发进行的氧化还原反应。如果反应不能自发进行（比如把不活泼金属和弱氧化性溶液组合），就无法产生持续的电流。
例题4： 下列装置中，哪些能构成原电池？
判断是否为原电池，用“四看”：一看两极材料是否不同，二看溶液是否为电解质溶液，三看外电路是否闭合，四看是否能发生自发的氧化还原反应。四者同时满足才是原电池。
原电池与直接反应的对比
同一个氧化还原反应，一种情况是在烧杯里直接发生，另一种情况是组成原电池发生，效果截然不同。
将锌片直接放入稀硫酸中（不组成原电池）：锌的表面会产生大量气泡，溶液温度升高，化学能大部分转化为热能和气泡的动能。
将同样的锌和稀硫酸组成原电池（加入铜片）：气泡出现在铜片表面而非锌片，导线中有电流流动，化学能大部分转化为电能，反应速率也比直接放置时更快。
原电池中，负极金属（活泼金属）的腐蚀速率比单独放置时更快。这一原理在金属腐蚀与防护中有重要意义——两种不同金属接触并处于电解质溶液中，活泼的那个会被加速腐蚀。
练习题
选择题
将锌片和铜片插入稀硫酸中，并用导线相连构成原电池，下列现象描述正确的是
关于原电池中电子和离子的流向，下列说法正确的是
关于原电池的构成条件，下列说法正确的是
将镁片（Mg）和铝片（Al）插入稀硫酸中，用导线相连构成原电池，下列说法正确的是
计算题
第5题 用锌片（Zn）和铜片（Cu）插入足量稀硫酸构成原电池，反应一段时间后，锌片质量减少了 （锌的相对原子质量为 65）。
负极反应：
正极反应：
（1）指出负极和正极分别发生了什么类型的反应（氧化或还原），并说明各电极上的实验现象。
（2）计算该过程中转移的电子的物质的量，以及正极上生成 的体积（标准状况）。
解析：
（1）反应类型与现象：
负极（锌片）：Zn 化合价从 升高到 ，失去电子，发生氧化反应。现象：锌片逐渐溶解，质量减小。
正极（铜片）： 化合价从 降低到 （ 中），得到电子，发生。现象：铜片表面持续冒出气泡（），铜片本身不溶解。
第6题 铁片（Fe）和碳棒（C）插入足量 溶液中构成原电池（铁活动性强于碳）。
负极反应：
正极反应：
（提示： 溶液中 的氧化性较强，在正极上被还原）
（1）说明负极和正极各自发生反应的类型，并分析两极上溶液中 浓度的变化趋势。
（2）若铁片溶解了 （铁的相对原子质量为 56），计算转移的电子的物质的量，以及正极上被还原的 的物质的量。
解析：
（1）反应类型与浓度变化：
负极（铁片）：Fe 化合价 ，失去电子，发生氧化反应。铁片溶解，溶液中 增多。
正极（碳棒）： 化合价 ，得到电子，发生。溶液中 减少， 增多。