Interdisciplinary Experimental Techniques 108年國立中正大學深耕計畫 1-1 電 化 學 實 驗 操 作 技 巧 Interdisciplinary Experimental Techniques 理學院跨領域基礎科學實作技術微課程 于淑君 國立中正大學化學暨生物化學系 2019.08.19
電化學原理與化學電池課程 台灣是電子產業王國，而電化學是一門很重要的實驗實作課程，包括大家所孰悉的電解、金屬加工與處理、電池、海水淨化和廢水處理等應用，在電子工業上扮演相當重要的一環。本課程結合學術研究與產業實際應用，含括化學電池、電位測量、電解、電鍍等原理與實作。
電化學原理與化學電池課程 台灣是電子產業王國，而電化學是一門很重要的實驗實作課程，包括大家所孰悉的電解、金屬加工與處理、電池、海水淨化和廢水處理等應用，在電子工業上扮演相當重要的一環。本課程結合學術研究與產業實際應用，含括化學電池、電位測量、電解、電鍍等原理與實作。
電化學 (Electrochemistry) 研究電能和化學能之間的相互轉換 探討化學反應與相關物理過程 例如，電解和化學電池 金屬的電化學腐蝕 電解質溶液中的金屬置換反應等。
化學電池 化學電池 (Galvanic Cell or Voltaic Cell) 將化學能轉換為電能，其裝置包含： 電極 電解液 鹽橋及導線
電池組成要件 電極 陽極—釋放電子發生氧化反應，也稱為負極， 如: Zn → Zn2+ + 2e− 陰極—得到電子發生還原反應，也稱為正極， 如: Cu2++ 2e− → Cu 電子由陽極流向陰極；電流由陰極流向陽極。
電池組成要件 電解液 含有參與氧化還原反應之相關離子的電 解質水溶液。
電池組成要件 鹽橋 電池內部連接兩半電池之橋樑，用以溝 通電路、平衡電荷，通常有U 型玻璃管 及多孔性材料，通常內裝硝酸鹽或氯化 鹽水溶液。
電極種類 電極依其參與反應與否，可分為： 活性電極參與電池的氧化還原反應如鋅 銅電池中，鋅、銅棒均屬活性電極。 惰性電極不參與反應，但電子可經由電 極出入。通常為石墨棒、鉑金屬片或金 電極。
電化學基本原理 氧化還原反應 氧化反應(oxidation)：失去電子 還原反應(reduction)：獲得電子 氧化與還原 (redox reaction)是電子轉移的反應， 必須同時發生，氧化劑得到電子而被還原； 還原劑失去電子而被氧化。
電化學基本原理 化學電池 利用氧化還原化學反應將化學能轉變成電能 的裝置稱之為化學電池。屬自發反應 (DEo > 0)。 陽極(anode)：發生氧化半反應，又稱負極。 陰極(cathode)：發生氧化半反應，又稱正極。
電化學基本原理 鹽橋 連接兩半電池，用以平衡電荷，通常選用不 參與電池氧化還原反應之電解質溶液。 電解質陽離子往陰極移動，平衡半電池進行 還原反應時陽離子的損耗。 電解質陰離子往陽極移動，平衡半電池進行 氧化反應時陽離子的釋出。
電化學基本原理 電池電位 電池位能稱為電位，electromotive force (emf) 或 cell potential (Ecell)，單位：伏特，volt (V)。 電流由電位高的陰極(正極)經外部導線往電位 低的陽極(負極)流動，產生正值電位 (DEo > 0)。 電流與電子流方向相反
電化學基本原理 電池電位 (cell potential, DE) DE ＝ 陽極氧化電位 + 陰極還原電位 ＝ 陽極氧化電位 ‒ 陰極氧化電位 ＝ 陰極還原電位 ‒ 陽極還原電位 DE0 ＝ 標準電位 (1 atm，1 M，25 oC)
電化學基本原理 電池電位 活性大的金屬其氧化電位亦大，故氧化 電位大小： Li > Rb > K = Cs > Ba > Sr > Ca > Na > Mg > Al > Mn > Zn > Cr > Fe > Co > Ni > Sn > Pb > H2 > Cu > I ‒ > Fe2+ > Hg > Ag > Br‒ > Cl ‒ > Pt > Au > F ‒
電池記號 (Cell Notation) 化學電池可用簡單記號來表示： 陽極 ǀ 陽極溶液 ‖ 陰極溶液 ǀ 陰極 ǀ 符號：半電池中金屬與溶液的相界面 ‖ 符號：分隔陰、陽兩半電池的鹽橋 Zn ǀ ZnSO4(aq) ‖ CuSO4(aq) ǀ Cu (鋅銅電池) 陽極半電池：Zn ǀ Zn2+ 陰極半電池：Cu2+ ǀ Cu
助教：吳盈勳 李 竹、陳芳翎 陳汶慧、洪雋瑋 蔡文元、于興唐