化学反应与能量——电池

提到电池我们不陌生的，手机电脑汽车遥控器，我们生活中经常可以见到各种各样的电池，一般来说，电池接通用电器就会有电了，而这个电到底是怎么来的呢？这就是我们今天要学习的内容了。

首先我们考虑一个问题：

如图，我们把一根铁棒和一根铜棒插入到稀硫酸当中，很清楚的一件事，铁棒可以和稀硫酸发生置换反应，而铜棒因为活动性不足，不能和稀硫酸反应。

Fe+2H+=Fe2++H2↑

这个反应是一个标准的氧化还原反应，Fe在这个反应中失去了2个电子，变成Fe2+，而两个氢离子一人得到了一个电子，变成氢气。而在这个过程当中，铁变成的Fe2+大量聚集在铁棒附近，大量的氢离子也聚集在铁棒附近，这会导致铁棒附近出现大量的带着正电荷离子，进而互相排斥，降低反应速率。

有没有什么办法改善呢？

如果我们用一根导线将铁棒和铜棒连接起来，使得铁棒失去的电子可以通过导线跑到铜棒一端，进而氢离子就可以跑到铜棒一端去得到电子，这样就大大地缓解了铁棒一端聚集大量阳离子的情况。    

这样就会在导线上出现定向移动的电子，而电子的定向移动，我们就叫他电流。而失去电子的一端，也就是铁棒一端，我们给他取一个名字，叫做负极。那当然，氢离子得到电子的一端，也就是铜棒一端，我们就管他叫正极。这样就得到了一个简易的电池模型。

负极发生的反应就是：

Fe-2e-=Fe2+

正极发生的反应就是：

2H++2e-=2H2↑

总反应就是：

Fe+2H+=Fe2++H2↑

考虑几个问题：

第一，我们物理学过的，电子的流动方向和电流是相反的，所以，在这个模型上，电子是从负极（铁棒）流向正极（铜棒），而电流是从正极流向负极的。

这个事情也没有什么办法，毕竟是物理学家首先发现了电，进而对电池的正负极进行了人为的规定，后来等到慢慢的人们发现电子流向的时候，对电流方向的规定已经约定俗成了，后来就一点一点慢慢流传下来了。

第二，也是人为规定：

还原剂，也就是失去电子，发生氧化反应的一端，作这个反应的负极。    

氧化剂，也就是得到电子，发生还原反应的一端，做这个反应的正极。

第三，想要构成一个原电池，那么无论如何需要有一个正负极，一根导线，一个电解质溶液，最重要的是一个能够自发进行的氧化还原反应。

第四，上面也提过，原电池在工作的时候，负极负责失去电子，而这些电子一定是通过导线传输到正极，电解质溶液没有传输电子的能力。

同时，我们知道电子是带负电的，所以负极失去了带负电的电子，那么我们可以认为负极一端短暂的带了一点正电荷，那么电解质溶液中带着负电荷的离子（也就是图中的硫酸根离子）就要定向的移动到负极（也就是铁棒一端）。

另外铜棒一端应该是得到电子的，那么也就是说，正极一端应该在得到电子的一瞬间，短暂的带一点负电荷，那么溶液中的带正电的粒子，也就是离子中的氢离子应该定向移动到正极，这也就是溶液中离子的移动方向。

额外强调一件事情，在电池当中，电子只能通过导线移动，而阴阳离子只能在溶液中移动，也就是“电子不下水，离子不上岸”。