丹尼爾電池

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簡介

丹尼爾電池將化學形式的能量轉換為電能。讓我們瞭解更多關於它的資訊。

手機電池在插入充電器時是如何充電的？或者電視遙控器中的電池是如何工作的？電化學的研究包括利用電能進行非自發化學反應以及透過化學反應產生電能。電池被用來實現這一目標。電池是導致化學反應產生電能或產生電流的元件。

電池的兩種型別是什麼？

• 電化學電池

• 電解電池

電化學電池

能夠從自發化學反應中產生電能的系統稱為電化學電池。氧化還原反應是整個過程中發生的化學過程。在氧化還原反應中，電子在化學物質之間轉移。它們也被稱為伽凡尼電池或伏打電池。丹尼爾電池是電化學電池的一個例子。

電解電池

一種特殊的電化學電池，稱為電解電池，允許利用電能引發化學反應。換句話說，其他來源應該提供電能。然後可以啟動非自發反應。電解電池最常用於物質的電解。

電解電池

電化學電池和電解電池的區別

電化學	電解
透過轉換化學能產生電能。	透過電能產生化學能。
氧化還原反應產生電能。	利用電能引起氧化還原反應。
陰極是正極，陽極是負極。	陰極是負極，陽極是正極。
氧化和還原反應獨立進行。	氧化還原反應在同一容器中發生。
電子透過外部電路從陰極流向陽極。	電子透過外部電路從陽極流向陰極。
需要鹽橋	不需要鹽橋

典型的電池結構

電池有兩個電極：陰極（+極）和陽極（-極）。兩個電極都浸沒在相應的金屬鹽溶液中。根據在它們上發生的化學反應，陽極在電化學電池中被稱為氧化半電池。陰極也被認為是還原半電池。連線兩個電極的鹽橋是一個U形管，其中填充有含有電解質的凝膠。

什麼是丹尼爾電池？

丹尼爾電池是一種電化學電池，它將化學形式的能量轉換為電能。為了產生電能，電池進行一系列化學反應。構成丹尼爾電池的鋅和銅電極分別用作陽極和陰極。兩種金屬都浸沒在相應的鹽溶液中。

丹尼爾電池使用兩種不同的金屬：鋅（Zn），用作陽極；銅（Cu），用作陰極。兩個電極都浸沒在基於離子的化學溶液中。硫酸銅和硫酸鋅是相應的化合物。它是伏打電池的改進版本，利用銅和鋅製成的兩個電極產生1.1 V的電勢差。電池在陽極產生電子，然後傳遞到陰極，從而為電路充電。

丹尼爾電池化學反應

丹尼爾電池的內部化學反應可以概括如下：

$$\mathrm{Zn(s) + Cu^{2+} (aq)\rightarrow Zn^{2+} (aq)+ Cu(s)}$$

• 固體鋅金屬在陽極發生氧化，轉化為鋅離子並釋放兩個電子。

  $$\mathrm{Zn(s) → Zn^{2+} (aq)+ 2e^- }$$

• 在陰極附近，這些銅離子轉化為銅金屬，然後進一步沉積。公式是

  $$\mathrm{Cu^{2+}+2e^- → Cu(s)}$$

• 透過連線陰極和陽極的金屬線，鋅在陽極釋放的電子流向陰極。這種電子從陰極到陽極的反向流動導致電流的產生。使用鹽橋來完成電路。

丹尼爾電池的工作原理

丹尼爾電池使用一個銅容器，其中裝有飽和的CuSO₄和稀釋的H₂ SO₄。其功能系統包括：

• 一根固體鋅棒仍然浸沒在硫酸鋅（Zn₂ SO₄）溶液中。

• CuSO₄晶體和溶液透過一個透明層保持相互接觸，該透明層可以在銅容器下方看到。因此，溶液保持飽和狀態。

• 外部電路產生電流。

• 銅棒質量增加，而鋅棒質量減少。

• 硫酸銅的量減少，而硫酸鋅的量增加。

• 兩個容器中的溶液都保持電中性。

丹尼爾電池表示

丹尼爾電池基於銅離子和鋅之間自然發生的反應來產生電能。鋅金屬在負極被氧化，而銅在正極被還原。它由兩個透過鹽橋連線的半電池組成。鹽橋阻止溶液的機械混合。

$$\mathrm{Zn | Zn^{2+} (aq) | | Cu^{2+} (aq) | Cu}$$

其中“| |”表示鹽橋，右側表示還原半電池，左側表示氧化半電池。

丹尼爾電池的應用

它可用於

• 電池製造-電池是由多個連線在一起的電池組成的。

• 發電-以節約電力。

• 感應電報

結論

電解電池是一種電化學電池。因此，電解電池具有可以在典型電化學電池中找到的每一個元件。電化學電池和電解電池都需要電子在系統中流動才能工作。然而，電化學電池經歷自發化學反應，而電解電池經歷非自發化學反應。電化學電池和電解電池的區別在於此。

常見問題

1. 指出丹尼爾電池是否可逆。

在丹尼爾電池中，電子在外部電路中從陰極流向陽極。而帶正電的離子則被觀察到透過溶液從陰極流向陽極。因此，丹尼爾電池僅在有微弱電流輸入時才可逆。

2. 什麼是鹽橋？說明其兩個作用。

稱為鹽橋的玻璃管負責維持丹尼爾電池兩個隔室中的電荷中性。

作用

• 鹽橋使離子能夠移動，從而保持混合物中的電流流動。

• 鹽橋有助於保持電荷平衡。

3. 為什麼丹尼爾電池的陽極是負極？

在電化學電池中，陽極對溶液具有負電位，但在電解電池中，陽極具有正電位，因為它連線到電池的末端。

4. 特別是，為什麼丹尼爾電池中的陰極是正極？

氧化過程中金屬從陽極去除會導致電子在該陽極上積累，從而使其逐漸變為負極。金屬離子從電解質中去除會導致電子消耗，從而使陰極變為正極。

5. 丹尼爾電池與伏打電池有什麼區別？

伏打電池可能是可逆的也可能不是，具體取決於提供的或提取的電流，而丹尼爾電池始終是可逆的。