🔬 故事：伏打与伽伐尼的"青蛙腿之争"
1780 年意大利解剖学家伽伐尼发现：用两种金属触碰蛙腿，蛙腿会抽搐——他以为发现了"动物电"。物理学家伏打反复实验后断言：电来自两种不同金属与湿组织的接触，蛙腿只是"验电器"。1800 年伏打把铜片、锌片和盐水浸过的布叠成"电堆"，造出人类第一块电池——持续电流从此可生产，电化学、电磁学的大门被推开。为纪念他，电压单位命名为"伏特（V）"。
第 四 章 · 选择性必修第一册
化学反应与电能
自发进行的氧化还原反应可以把化学能直接变成电能（原电池）；外加电流则能驱动非自发的反应（电解池）——从手机电池到铝厂电解槽，从镀银到氯碱工业，都是这两兄弟的舞台。
4.1 原电池
要点负极氧化、正极还原
构成条件：① 两个活泼性不同的电极；② 电解质溶液；③ 形成闭合回路；④ 能自发进行的氧化还原反应。
电极规律：负极 = 较活泼金属，失电子、氧化反应；正极 = 较不活泼金属/导电非金属，得电子、还原反应。电子：外电路从负极 → 正极；电流：正极 → 负极。溶液中阳离子移向正极、阴离子移向负极。
铜锌原电池（稀硫酸）：
负极(Zn)：Zn − 2e⁻ → Zn²⁺ 正极(Cu)：2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑ 总：Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑ 盐桥原电池（Cu-Zn|CuSO₄-ZnSO₄）避免电极与氧化剂直接接触，电流更稳定、效率更高。
电极规律：负极 = 较活泼金属，失电子、氧化反应；正极 = 较不活泼金属/导电非金属，得电子、还原反应。电子：外电路从负极 → 正极；电流：正极 → 负极。溶液中阳离子移向正极、阴离子移向负极。
铜锌原电池（稀硫酸）：
负极(Zn)：Zn − 2e⁻ → Zn²⁺ 正极(Cu)：2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑ 总：Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑ 盐桥原电池（Cu-Zn|CuSO₄-ZnSO₄）避免电极与氧化剂直接接触，电流更稳定、效率更高。
4.2 化学电源
概念一次电池、二次电池与燃料电池
一次电池：碱性锌锰电池（负极 Zn、正极 MnO₂）。
二次电池（可充电）：铅蓄电池：放电时负极 Pb − 2e⁻ + SO₄²⁻ → PbSO₄；正极 PbO₂ + 2e⁻ + 4H⁺ + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2H₂O；充电时电极对调接反（阴极还原、阳极氧化）。锂离子电池：Li⁺ 在正负极间"摇椅式"嵌入脱出。
燃料电池（高效清洁）：氢氧燃料电池（酸性）：负极 H₂ − 2e⁻ → 2H⁺；正极 O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O（产物只有水）。
二次电池（可充电）：铅蓄电池：放电时负极 Pb − 2e⁻ + SO₄²⁻ → PbSO₄；正极 PbO₂ + 2e⁻ + 4H⁺ + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2H₂O；充电时电极对调接反（阴极还原、阳极氧化）。锂离子电池：Li⁺ 在正负极间"摇椅式"嵌入脱出。
燃料电池（高效清洁）：氢氧燃料电池（酸性）：负极 H₂ − 2e⁻ → 2H⁺；正极 O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O（产物只有水）。
⚠ 电池实验安全操作准则
- 不得拆卸、短路、加热、投入火中任何电池——干电池短路发热可爆裂，锂电穿刺可起火。
- 废旧电池含有汞、镉、铅等重金属，统一回收不随生活垃圾丢弃（一节钮扣电池可污染 600 吨水）。
- 电解实验用低压直流电源（≤ 12 V 学生电源），连接无误后再通电；拆线先断电。
- 电解饱和食盐水产生 Cl₂（有毒）：在通风处进行，尾气 NaOH 吸收；电解水实验注意氢氧验纯再点燃。
4.3 电解池
要点阳极氧化、阴极还原
电解池：外接电源驱动的非自发反应装置。与电源正极相连 = 阳极（失电子、氧化）；与负极相连 = 阴极（得电子、还原）。
放电顺序：阳极：活性电极(S 等) > S²⁻ > I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > OH⁻（含氧酸根不放电）；阴极：Ag⁺ > Hg²⁺ > Fe³⁺ > Cu²⁺ > H⁺ > Pb²⁺ > Zn²⁺。
电解饱和食盐水（氯碱工业）：
阴极：2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻（放氢生碱） 阳极：2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂↑ 总：2NaCl + 2H₂O →(电解) 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑ 电解冶炼铝：2Al₂O₃ →(电解) 4Al + 3O₂↑；电镀：镀件接阴极、镀层金属接阳极。
原电池 vs 电解池口诀："原电池：负氧正还（自发）；电解池：阳氧阴还（强制）"。
放电顺序：阳极：活性电极(S 等) > S²⁻ > I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > OH⁻（含氧酸根不放电）；阴极：Ag⁺ > Hg²⁺ > Fe³⁺ > Cu²⁺ > H⁺ > Pb²⁺ > Zn²⁺。
电解饱和食盐水（氯碱工业）：
阴极：2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻（放氢生碱） 阳极：2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂↑ 总：2NaCl + 2H₂O →(电解) 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑ 电解冶炼铝：2Al₂O₃ →(电解) 4Al + 3O₂↑；电镀：镀件接阴极、镀层金属接阳极。
原电池 vs 电解池口诀："原电池：负氧正还（自发）；电解池：阳氧阴还（强制）"。
4.4 金属的电化学腐蚀与防护
要点钢铁生锈的两条路
析氢腐蚀（酸性较强环境）：负极 Fe − 2e⁻ → Fe²⁺；正极 2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑。
吸氧腐蚀（中性/弱酸性，更常见）：负极 Fe − 2e⁻ → Fe²⁺；正极 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻；最终生成铁锈 Fe₂O₃·xH₂O。
防护：① 物理隔绝（刷漆、涂油、搪瓷）；② 电化学保护：牺牲阳极（焊上比铁活泼的 Zn 块——船体外壳）与外加电流（被保护金属接电源负极）。
实验现象：铁碳混合物在含氧气的中性食盐水中，导管内水柱上升（耗 O₂ 压强减小）→ 证明吸氧腐蚀。
吸氧腐蚀（中性/弱酸性，更常见）：负极 Fe − 2e⁻ → Fe²⁺；正极 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻；最终生成铁锈 Fe₂O₃·xH₂O。
防护：① 物理隔绝（刷漆、涂油、搪瓷）；② 电化学保护：牺牲阳极（焊上比铁活泼的 Zn 块——船体外壳）与外加电流（被保护金属接电源负极）。
实验现象：铁碳混合物在含氧气的中性食盐水中，导管内水柱上升（耗 O₂ 压强减小）→ 证明吸氧腐蚀。