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陰極與陽極的定義是基於發生在電極上的化學反應類型。陽極是發生氧化反應的電極,在氧化反應中,物質會失去電子。陰極是發生還原反應的電極,在還原反應中,物質會得到電子。這是判斷陰極陽極的根本依據,與電極的電性(正負極)沒有直接必然的聯繫。電子總是從陽極流向陰極。
在放電中的電池中,陽極是負極,發生氧化反應,例如鋅原子失去電子變成鋅離子。陰極是正極,發生還原反應,例如銅離子得到電子變成銅原子。電子在外電路中從負極(陽極)流向正極(陰極)。這裡需要注意的是,雖然在電池中陽極帶負電,陰極帶正電,但它們的定義仍然基於化學反應:陽極發生氧化反應,陰極發生還原反應。
在電解槽中,陽極連接到外接電源的正極,發生氧化反應。例如在氯化鈉溶液的電解中,氯離子在陽極失去電子形成氯氣。陰極連接到外接電源的負極,發生還原反應。例如氫離子在陰極得到電子形成氫氣。電子在外電路中從陽極流向電源,再從電源流向陰極。注意這裡與電池的不同:在電解槽中,陽極連接電源正極,而在電池中,陽極是負極。但在兩種情況下,陽極都是發生氧化反應的地方,陰極都是發生還原反應的地方。
讓我們比較電池和電解槽中的陰極陽極。相同點是:在兩種裝置中,陽極都是發生氧化反應的電極,陰極都是發生還原反應的電極,電子在外電路中都是從陽極流向陰極。不同點是:在電池中,陽極是負極,陰極是正極;而在電解槽中,陽極連接電源的正極,陰極連接電源的負極。此外,電池將化學能轉化為電能,而電解槽則將電能轉化為化學能。這種差異源於兩種裝置的功能不同:電池是產生電流的裝置,而電解槽是利用電流進行化學反應的裝置。
總結一下,陰極與陽極的定義是基於化學反應類型,而非電極的電性。陽極是發生氧化反應的電極,在氧化反應中失去電子;陰極是發生還原反應的電極,在還原反應中得到電子。在電池中,陽極為負極,陰極為正極;而在電解槽中,陽極連接電源正極,陰極連接電源負極。儘管電池和電解槽中陰極陽極的電性相反,但在兩種裝置中,電子在外電路中總是從陽極流向陰極。理解這一點對於學習電化學和電池技術非常重要。