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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
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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。
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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。
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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。
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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
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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)
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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 ‒
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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
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助教：吳盈勳 李 竹、陳芳翎 陳汶慧、洪雋瑋 蔡文元、于興唐
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