[摘要]本文结合物理、化学知识，以通俗易懂的方式探讨化学电源电动势的成因，得出就化学电源而言，电动势本质上是电极与溶液之间的双电层之间电势差形成的，并分析了电源电动势相对稳定的原因以及闭合电路中的能量转化。
　　[关键词]电动势 物理化学学科交叉 双电层之间的电势差 化学性质 化学能 电能
　　高中学生理解电动势的概念及其成因有着非常大的困难，尤其是化学电源，现行的物理教材没有给出相应的解释，只是认为电动势的形成与化学性质有关，而中学化学教材则认为电动势是物理学知识，也没有涉及，这就导致在学生看来电动势就是一个抽象的、不可捉摸的物理概念。
　　在稀硫酸溶液中插入用铜板和锌板做的两个电极板，就做成了一个简单的化学电池。我们知道金属是由金属正离子和自由电子构成的，由于锌板和溶液的亲和作用，Zn²⁺脱离极板进入溶液，e^-与H⁺结合放出氢气。但是，由于H⁺和Zn²⁺电性相同，常常被脱落的Zn²⁺阻挡，不能及时得到电子释放氢气。这样就导致锌板上有多余的电子，锌板表面附近有多余的正离子，在锌板和溶液之间形成电子和正离子构成的双电层，两层正负电荷之间像平行板电容器的两个极板一样存在电势差，我们记为ε₁。
　　由于H⁺和Cu²⁺得电子能力很接近而略弱于Cu²⁺，H⁺极力争夺铜极板的电子就吸附在其表面，看起来就是一个带正电的铜电极，它和溶液中的负离子就构成了另一个双电层，其电势差记为ε₂。
　　锌电极的电势低于溶液，它们的电势差是ε₁，铜电极的电势高于溶液，它们的电势差是ε₂，累加起来，铜极板比锌极板高出的电势差达到ε=ε₁+ε₂，这就是电源的电动势。而且由于ε₁和ε₂取决于材料的化学性质以及溶液的浓度，会在较长时间内相对稳定，所以电动势是电源的一种比较稳定的性质。从鋅板到铜板的电势变化可以用图1来表示。
　　当闭合开关电路导通时，锌板上的电子会沿导线通过电阻R到达处于高电势的铜极板，与H⁺结合放出氢气。同时，锌板会脱落新的Zn²⁺、空余出新的电子，铜板上会吸附新的H⁺，以达到动态平衡，ε₁和ε₂保持稳定，也就是电源电动势ε稳定。
　　从电流的流向看，相当于正电荷从铜极板出发，通过电阻R电势降低U₁到达锌极板，跨过锌板附近的双电层电势升高ε₁，通过稀硫酸溶液时，由于溶液存在电阻电势降低U₂，跨过铜板附近的双电层电势升高ε₂回到铜极板。在跨过双电层的时候，靠化学作用将正电荷从低电势搬运至高电势，将化学能转化成电能。通过外电阻R以及溶液内部时，是正电荷从高电势到低电势，消耗了电能。从图2中可以看出：ε=ε₁+ε₂=U₁+U₂，也就是电路中通过单位正电荷，内外电路上消耗的电能恰好等于电源在双电层处靠化学力克服电场力做功转化来的电能。
　　不同的化学电池，电动势的成因及电动势大小不尽相同，但基本的原理是一样的。以铜锌原电池为例来分析认识电动势的成因，可以帮助学生认识到电动势在实质上是双电层之间的电势差，提高学生综合运用物理、化学知识认识事物的能力。
　　（责任编辑：余娟平）