化学自习室移动版

【导读】浓差电池是以氧化还原为工具、以浓度差为本质的特殊电化学装置。浓差电池的原理是浓度梯度驱动的熵增过程(ΔS＞0)，通过电极反应将扩散能转化为电能。

微观上：电极发生氧化还原反应，正负电极上有电子转移；

宏观上：浓差电池总反应无净氧化还原，总反应无电子得失或化合价变化，仅体现出物质的转移。

一、浓差电池的本质

1.能量来源：浓度梯度而非化学反应

普通化学电池通过氧化还原反应释放化学能(如锌铜电池)，而浓差电池的能量完全源于浓度差导致的熵增效应。根据热力学原理，物质从高浓度向低浓度扩散是自发过程(ΔG＜0)，浓差电池通过电极反应将这部分吉布斯自由能转化为电能。

离子浓差电池：Ag|Ag⁺(高浓度)||Ag⁺(低浓度)|Ag

总反应无新物质生成，仅离子迁移。

2.电极反应的“工具性”角色

虽然电极上发生氧化还原反应，但其作用是辅助浓度平衡。

如上述浓差电池的负极(低浓度侧)：物质失去电子被氧化(Ag=Ag⁺＋E⁻)，增加局部浓度。正极(高浓度侧)：物质获得电子被还原(Ag⁺＋E⁻=Ag)，降低局部浓度。电极反应本身不改变系统总组成，仅推动离子定向迁移。

3.浓差电池的“死亡”特性

当两侧浓度相等时，电势差归零，电池失效。这与普通电池活性物质耗尽相似，但本质是浓度梯度消失。

二、浓差电池是否属于氧化还原反应？

1.微观层面：每个电极均发生电子转移，涉及氧化还原反应。

负极：氧化反应(失电子)

Ag－e⁻=Ag⁺(低浓)

H₂(高压)－2e⁻=2H⁺

正极：还原反应(得电子)

Ag⁺(高浓)＋e⁻=Ag

2H⁺＋2e⁻=H₂(低压)

由此可见浓差电池的电极反应符合氧化还原反应的基本定义。

2.宏观层面：电池总反应无电子得失或化合价变化，仅体现物质转移，无净氧化还原反应。

Ag⁺(高浓)=Ag⁺(低)

H₂(高压)=H₂(低压)

3.与普通电池的区别：

浓差电池的ΔG完全由浓度差驱动(ΔG=−nfE)，而标准氧化还原电位(E^∘=0)。

三、浓差电池典例简析

1.电解质浓差电池(双液型)

装置：

Ag|AgNO₃(低浓度)||AgNO₃(高浓度)|Ag

负极：Ag－e⁻=Ag⁺(低浓) (氧化)

正极：Ag⁺(高浓)＋e⁻=Ag(还原)

总反应：Ag⁺(高浓)=Ag⁺(低)

电压公式：

2.电极浓差电池(单液型)

氢气浓差电池：

Pt|H₂(P₁)|H⁺|H₂(P₂)|Pt (P₁＞P₂)

负极：H₂(P₁)－2e⁻=2H⁺

正极：2H⁺＋2e⁻=H₂(P₂)

总反应：H₂(P₁)=H₂(P₂)