原电池与电解池综述.docx

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原电池与电解池综述

原电池与电解池

原电池形成三条件�“三看”。

先看电极�两极为导体且活泼性不同�

再看溶液�两极插入电解质溶液中�

三看回路�形成闭合回路或两极接触。

原理三要点��1�相对活泼金属作负极�失去电子�发生氧化反应.

�2�相对不活泼金属�或碳�作正极�得到电子�发生还原

反应

�3�导线中�接触�有电流通过�使化学能转变为电能

原电池与电解池的比较

�1�定义�2�形成条件

原电池化学能转变成电能的装置合适的电极、合适的电解质溶液、形

成回路

电解池电能转变成化学能的装置电极、电解质溶液�或熔融的电解质�、

外接电

源、形成回路

�3�电极名称�4�反应类型�5�外电路电子流向

负极氧化负极流出、正极流入

正极还原

阳极氧化

阴极还原阳极流出、阴极流入

一、原电池的有关问题

1�是否为原电池的判断

（1）先分析有无外接电源�有外接电源的为电解池�无外接电源的可能为原

电池�然后依据原电池的形成条件分析判断�主要是“四看”�看电极——两极

为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）�看溶液——两极插

入溶液中�看回路——形成闭合回路或两极直接接触�看本质——有无氧化还原

反应发生。

（2）多池相连�但无外接电源时�两极活泼性差异最大的一池为原电池�其

他各池可看做电解池。

2�原电池正、负极的确定

（1）由两极的相对活泼性确定�相对活泼性较强的金属为负极�相对活泼性

较差的金属或导电的非金属为正极。

一般�负极材料与电解质溶液要能发生反应�

如�Mg�Al�HCl溶液构成的原电池中�负极为Mg�但Mg—Al—NaOH溶液构成

的原电池中�负极为Al。

（2）根据在两电极发生反应的物质的化合价的升降情况来判断。

如�甲醇燃

烧电池�顾名思义�甲醇燃烧一般生成二氧化碳�则碳的价态升高�失电子。

所

以通入甲醇的电极为负极。

（3）由电极变化情况确定�某一电极若不断溶解或质量不断减少�该电极发

生氧化反应�则此电极为负极�若某一电极上有气体产生�电极的质量不断增加

或不变�该电极发生还原反应�则此电极为正极�燃料电池除外。

如�Zn—C—CuSO4

溶液构成的原电池中�C电极上会析出紫红色固体物质�则C为此原电池的正极。

（4）根据某些显色现象确定�一般可以根据电极附近显色指示剂（石蕊、酚酞、

湿润的淀粉、高锰酸钾溶液等）的变化情况来分析推断该电极发生的反应、化合

价升降情况、是氧化反应还是还原反应、是H+还是OH-或I-等放电�从而确定

正、负极。

（5）根据外电路中自由电子的运动方向规定�在外电路中电子流出的电极叫

负极�电子流入的电极叫正极。

（6）根据内电路中自由离子的运动方向规定�在内电路中阳离子移向的电极

叫负极�阴离子移向的电极叫正极。

3�电极反应式的书写

（1）如果题目给定的是图示装置�先分析正、负极�再根据正、负极反应规

律去写电极反应式。

（2）如果题目给定的是总反应式�可分析此反应中的氧化反应或还原反应（即

分析有关元素的化合价变化情况）�荐选择一个简单变化情况去写电极反应式。

另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式�用总反应式减

去已写出的电极反应式即可（加、减法）。

加减法书写电池反应式归纳�

电池总反应�还原剂+氧化剂+介质�氧化产物+还原产物+其他

负极�还原剂�ne-+介质�氧化产物（还原剂失去电子�发生氧化反应）

正极�氧化剂�ne-�介质�还原产物（氧化剂得到电子�发生还原反应）

介质通常是定向移动到该电极附近的导电离子如H+、OH-、H2O等等�若氧

化（或还原）产物能与之发生复分解反应�则其一般书写在电极方程式中。

两个电极反应式相加即得电池总反应离子方程式�用电池总反应离子方程式

减去较简单电极的反应式即为较复杂电极的反应式。

原电池反应式一般都可以用

加、减法书写。

书写时�无论是总反应式还是电极反应式都既要满足电子转移守恒、电荷守

恒�又要满足质量守恒。

4�原电池的设计方法

以氧化还原反应为基础�首先要确定原电池的正、负极�电解质溶液及电极

反应�再利用基础知识书写电极反应式�参照Zn�Cu�H2SO4原电池模型处理问

题。

如根据反应�Cu�2FeCl3�2CuCl2�2FeCl2设计一个原电池�为�Cu作负

极�C（或Pt）作正极。

FeCl3作电解质溶液�负极反应为�Cu�2e-�Cu2+�正极

反应为�2Fe3+�2e-�2Fe2+。

二、电解池的有关问题

1�电极的判断及反应的类型

（1）看电源正、负极。

若与电源负极相连�则为阴极。

（2）看电极周围元素价态的升降。

若价态升高�则为阳极。

注意�元素价态

的升降的判断很多时候是从各种实验现象（如通过对气体成分的描述来判断）来

推测反应产物而得出的。

（3）看电子的流向。

若是电子流出的电极�刚为阴极。

注意�一定不能根据

两极活泼性的相对大小判断。

（4）阳极�若为活性电极�则电极本身失电子�发生氧化反应。

阴极�电极本

身不反应（不论是惰性电极还是活性电极）。

溶液中阳离子在阴极获得电子�发生

还原反应。

2�电解时电极产物的判断

（1）阳极产物的判断首先看电极�如果是活性电极（金属活动顺序表Ag以前）

作阳极�则电极材料失电子�电极溶解。

如果是惰性电极（Pt、Au、石墨）�则只

看溶液中的离子的失电子能力�阴离子放电顺序为�S2->I->Br->Cl->OH-（水）。

（2）阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序（如下）进行判断�

Ag+>Hg2+>Fe3+（→Fe2+）>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>（H+）（水）

记住几句话�

原电池�失高氧负�失电子�化合价升高�被氧化�是负极�

得低还正�得电子�化合价降低�被还原�是正极�

电子从负极通过外电路到正极

电解池�氧阳还阴�失电子�被氧化�做阳极�得电子�被还原�做阴极�

由于外加电场的作用�电解池中阳离子做定向移动�由阳极移动到阴极产生电流

阳极出氧卤�阴极氢金属。

盐的离子都放电�离子浓度急速减�

盐的离子不放电�水耗离子浓度添。

酸根离子单放电�产物必得卤氢碱�

金属离子单放电�产物必得金氧酸。

是记忆用惰性电极电解盐溶液时产物的口诀。

一�关于原电池和电解池两极的名称

1.�1�原电池原电池的两极习惯上称为正负极�这实际上是物理名称�

本质上是根据电子或电流的流向定义的。

学生如果容易混淆�可联系日常

生活中的电池记忆�是一个比较好的方法。

但须注意的是�在金属防护中

有一个“牺牲阳极的阴极保护法”�不要记错。

理解原电池的正负极如下

几点�

①可以是两种活泼性不同的金属电极

②可以是金属与非金属�如石墨��如化学电源中③也可以都是惰性电极�如燃料电池�

④还可以是金属和金属氧化物�如铅蓄电池��而电解质则既可以是某电

解质的水溶液�也可能是熔融盐。

�2�对于正、负极的判断�

负极�①电子流出的一极�本质�②电流流入的一极③金属性相对较活泼

的一极�注意Al电极�④发生氧化反应的一极⑤阴离子移向的一极⑥被

腐蚀的一极⑦质量减小的一极⑧燃料气体在其上面失电子的一极⑨根据

电极反应现象等。

正极�①电子流入的一极�本质�②电流流出的一极③金属性相对较不活

泼的一极④发生还原反应的一极⑤阳离子移向的一极⑥被保护的一极⑦

产生气体获析出金属的一极⑧助燃气体在其上面得电子的一极⑨根据电

极反应现象等。

2.判断电解池的电极名称与电极反应的关系

电解池的两极习惯上称作阴、阳极�这实际上是化学名称�本质上根据外

接电源或电解质溶液中阴、阳离子的移动方向确定的名称�即所谓的“阴

阳结合”---阴离子向阳极移动�阳离子向阴极移动。

可以用四个字概括�

阳----氧�阴----还�实际上只须记“阳氧”两个字就可以了�其它的可

以推理。

二�关于电极反应式的书写

在电化学的学习中要紧紧抓住原电池和电解池的不同本质�自发和非自

发�。

1.对于原电池�电极反应式和总反应式的书写方法一般是�第一步�判断正负极�第二步�根据负极及溶液中离子参加反应情况确定

电极反应�第三步�将电极反应相加得总反应式。

原电池的“加和法”必

须掌握�有了这一法宝�对于任何一个原电池反应�只要先写出易写的一

极反应式�用总反应式减去其中一极的反应式�就可得另一极的反应式�注

意电荷守恒�。

2.对于电解池�电极反应和总反应式的书写方法一般是�第一步�确定

电极的材料及阴阳极�第二步�根据电极材料和溶液介质情况分析判断电

极反应�第三步�将电极反应相加得总反应式�注意有水被电解时的情况�。

三�电解规律

1.�1�惰性电极电解酸、碱、盐溶液�就可以分为电解水型（例NaOH）、

分解电解质型（例CuCl2）、放H2生碱型（例NaCl）、放O2生酸型（例CuSO4）

等。

如果上述方法不容易记忆容易混淆�不妨干脆就重点记住常见阴阳离

子的放电按顺序�借助氧化还原知识更容易记��用到时现推导即可。

�2�阴阳离子的放电按顺序�

阳极:

金属阳极（Au、Pt除外）�S2��I��Br��Cl��OH��含氧酸

根离子和F�。

阴极�Ag��Hg��Fe3��Cu2��Pb2��H��Sn2��Fe2��Zn2�

��H���Mg2��Na��Ca2��K�。

上述放电顺序分成四组�即“阴前离子和阴后离子�氢前离子和氢后离

子”�然后两两组合成可溶于水的电解质�分析电解时的阴阳极放电情况�

就不难总结出电解规律。

�3�规律�①位于前边的还原性强的微粒优先失去电子。

只要有水�含氧酸根离子和

F-就不能失去电子。

若阳极是活泼或较活泼金属时�一般是电极的金属失

去电子�而不是电解液中阴离子放电。

②阳离子放电�其顺序大体可参照金属活动顺序来推断。

位于金属活动顺

序表后面的金属�其对应的阳离子越易得到电子�即位于前边的氧化性

强的微粒优先得到电子。

只要有水�一般H+后面的离子不能得到电子。

③一般电解规律�惰性电极�可以概括为�

阳极�无卤�I2、Br2、Cl2�有氧

阴极�前氢后金�氢前析氢�氢后析金�

需要特别注意的是电解一定要看好阳极材料�若是活泼金属则是该金属放

电。

2�电解后电解质溶液的复原

到底加入何物质能够复原�例如电解CuSO4溶液�为什么要加CuO而不是

Cu（OH）2?

要从一个个的个例中总结出规律———加入适量阴阳两极产物

的化合物。

总的来讲�就是既要考虑“质”又要考虑“量”。

这样�就不

难理解电解CuSO4溶液�为什么要加CuO而不是Cu（OH）2了。

那就是“消

耗什么加什么�消耗多少加多少”�加显然多加了氢。

3�电解的计算是一个重点应用问题

其常用的解题方法可以归结为两种�一是根据电解方程式或电极反应式列

比例求解�二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒列等式求解�此

法较为简便�。

关键是电子守恒�特别要注意�①电极和电极名称要区分清楚②电极产物要判断准确③找准各产物间量的关系。

四�金属的腐蚀与防护

金属的腐蚀与防护也多与电化学有关�要注意结合电化学的相关原理及图

像加以分析应用�尽量多发掘生活中常见的例子加以巩固理解。

例�如图各容器中盛有海水�铁在其中腐蚀时由快到慢的顺序是

A�④>②>①>③B�②>①>③>④

C�④>②>③>①D�③>②>④>①

答案为C。

总结金属腐蚀的快慢判断方法�

电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的

腐蚀�

同一种金属腐蚀�强电解质>弱电解质>非电解质溶液。

相反地�金属腐蚀

的防护措施优劣顺序�外加电源的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>化

学防护>无防腐蚀措施。

原电池

原电池�是利用两个电极之间金属性的不同,产生电势差,从而使电子的流动,产生电流.又称

非蓄电池�是电化电池的一种�其电化反应不同逆转�即是只能将化学能转换为电能�简单说就即是不能重新储存电力�与蓄电池相对。

将化学能转变成电能的装置。

所以�根据定义�普通的干电池、燃料电池都可以称为原

电池。

组成原电池的基本条件是�将两种活泼性不同的金属（或石墨）（Pt和石墨为惰性电极�

即本身不会得失电子�用导线连接后插入电解质溶液中。

电流的产生是由于氧化反应和还原

反应分别在两个电极上进行的结果。

一般情况下�原电池中�较活泼的金属做负极�较不活

泼的金属做正极。

负极本身易失电子发生氧化反应�电子沿导线流向正极�正极上一般为电

解质溶液中的阳离子得电子发生还原反应。

在原电池中�外电路为电子导电�电解质溶液中

为离子导电。

原电池primarybattery一种将活性物质中化学能通过氧化还原反应直接转换成电能输

出的装置。

又称化学电池。

由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差�放完电后�

不能重复使用�故又称一次电池。

它通常由正电极、负电极、电解质、隔离物和壳体构成�

可制成各种形状和不同尺寸�使用方便。

广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等

部门�并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、计算器、电子表、玩具、助听器等常用

电器的电源。

原电池一般按负极活性物质�如锌、镉、镁、锂等�和正极活性物质�如锰、

汞、二氧化硫、氟化碳等�分为锌锰电池、锌空气电池、锌银电池、锌汞电池、镁锰电池、

锂氟化碳电池、锂二氧化硫电池等。

锌锰电池产量最大�常按电解质分为氯化铵型和氯化锌

型�并按其隔离层分为糊式电池和低极电池。

以氢氧化钾为电解质的锌锰电池�由于其负极

（锌）的构造与其他锌锰电池不同而习惯上另作一类�称为碱性锌锰电池�简称碱锰电池[1]�

俗称碱性电池。

原电池是一类使化学能直接转换成电能的换能装置。

原电池连续放电或间歇放电后不能

以反向电流充电的方法使两电极的活性物质回复到初始状态�即电极活性物质只能利用一

次。

故亦称一次性电池。

常见的原电池

常用原电池有锌�锰干电池、锌�汞电池、锌�银扣式电池及锂电池等。

1锌�锰干电池�锌�锰电池具有原材料来源丰富、工艺简单�价格便宜、使用方便等

优点�成为人们使用最多、最广泛的电池品种。

锌�锰电池以锌为负极�以二氧化锰为正极。

按照基本结构�锌�锰电池可制成圆筒形、扣式和扁形�扁形电池不能单个使用�可组合叠

层电池�组�。

按照所用电解液的差别将锌�锰电池分为三个类型�

（1）铵型锌�锰电池�电解质以氯化铵为主�含少量氯化锌。

电池符号����Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2�+�

总电池反应�Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn（NH3）2Cl2+2MnO（OH）

（2）锌型锌�锰电池�又称高功率锌�锰电池�电解质为氯化锌�具有防漏性能好�能

大功率放电及能量密度较高等优点�是锌�锰电池的第二代产品�20世纪70年代初首先由

德国推出。

与铵型电池相比锌型电池长时间放电不产生水�因此电池不易漏液。

电池符号����Zn│ZnCl2│MnO2�+�

总电池反应�长时间放电��

Zn+2Zn（OH）Cl+6MnO（OH）=ZnCl2·2ZnO·4H2O+2Mn3O4

（3）碱性锌�锰电池�这是锌�锰电池的第三代产品�具有大功率放电性能好、能量密

度高和低温性能好等优点。

电池符号����Zn│KOH│MnO2�+�

总电池反应�Zn+2H2O+2MnO2=2MnO（OH）+Zn（OH）2

锌�锰电池额定开路电压为1.5V�实际开路电压1.5�1.8V�其工作电压与放电负荷

有关�负荷越重或放电电阻越小�闭路电压越低。

用于手电筒照明时�典型终止电压为0.9V�

某些收音机允许电压降至0.75V。

2�锂原电池�又称锂电池�是以金属锂为负极的电池总称。

锂的电极电势最负相对分

子质量最小�导电性良好�可制成一系列贮存寿命长�工作温度范围宽的高能电池。

根据电

解液和正极物质的物理状态�锂电池有三种不同的类型�即�固体正极—有机电解质电池、

液体正极—液体电解质电池、固体正极—固体电解质电池。

Li—（CF）n的开路电压为3.3V�

比能量为480W·h·L-1�工作温度在-55~70℃间�在20℃下可贮存10年之久�它们都是近

年来研制的新产品�目前主要用于军事、空间技术等特殊领域�在心脏起搏器等微、小功率

场合也有应用。

吸氧腐蚀

金属在酸性很弱或中性溶液里�空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐

蚀�叫吸氧腐蚀�

例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀�其电极反应如下�

负极�Fe��Fe-2e=Fe2+

正极�C��2H2O+O2+4e=4OH-

钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀�

析氢腐蚀

在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气�这种腐蚀叫做析氢腐蚀。

在钢铁制品中

一般都含有碳。

在潮湿空气中�钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。

水膜中溶有二

氧化碳后就变成一种电解质溶液�使水里的H+增多。

是就构成无数个以铁为负极、碳为正

极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。

这些原电池里发生的氧化还原反应是�负极�铁��

铁被氧化Fe-2e=Fe2+�正极�碳��溶液中的H+被还原2H++2e=H2↑

这样就形成无数的微小原电池。

最后氢气在碳的表面放出�铁被腐蚀�所以叫析氢腐蚀。

析氢腐蚀定义金属在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气�这种腐蚀叫做析氢腐

蚀。

原电池的形成条件

原电池的工作原理原电池反应属于放热的氧化还原反应�但区别于一般的氧化还原反应

的是�电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的�而是还原剂在负极上失电

子发生氧化反应�电子通过外电路输送到正极上�氧化剂在正极上得电子发生还原反应�从

而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。

两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子

的定向移动构成了闭合回路�使两个电极反应不断进行�发生有序的电子转移过程�产生电

流�实现化学能向电能的转化。

从能量转化角度看�原电池是将化学能转化为电能的装置�从化学反应角度看�原电池

的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给氧化剂�使氧化还原反应分别在

两个电极上进行。

原电池的构成条件有三个�

�1�电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料�非金属或某

些氧化物等�组成。

�2�两电极必须浸泡在电解质溶液中。

�3�两电极之间有导线连接�形成闭合回路。

只要具备以上三个条件就可构成原电池。

而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电

流�所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外�还要求有自发进行的氧化还原反应。

也

就是说�化学电源必须是原电池�但原电池不一定都能做化学电池。

形成前提�总反应为自发的氧化还原反应

电极的构成�

a.活泼性不同的金属—锌铜原电池�锌作负极�铜作正极�b.金属和非金属�非金属必须能导电�—锌锰干电池�锌作负极�石墨作正极�c.金属与化合物—铅蓄电池�铅板作负

极�二氧化铅作正极�d.惰性电极—氢氧燃料电池�电极均为铂。

电解液的选择�电解液一般要能与负极材料发生自发的氧化还原反应。

原电池正负极判断�

负极发生氧化反应�失去电子�正极发生还原反应�得到电子。

电子由负极流向正极�电流由正极流向负极。

溶液中�阳离子移向正极�阴离子移向

负极

电极反应方程式的书写

负极�活泼金属失电子�看阳离子能否在电解液中大量存在。

如果金属阳离子不能与电

解液中的离子共存�则进行进一步的反应。

例�甲烷燃料电池中�电解液为KOH�负极甲

烷失8个电子生成CO2和H2O�但CO2不能与OH-共存�要进一步反应生成碳酸根。

正极�①当负极材料能与电解液直接反应时�溶液中的阳离子得电子。

例�锌铜原电池

中�电解液为HCl�正极H+得电子生成H2。

②当负极材料不能与电解液反应时�溶解在

电解液中的O2得电子。

如果电解液呈酸性�O2+4e-+4H+==2H2O�如果电解液呈中性或碱

性�O2+4e-+2H2O==4OH-。

特殊情况:

Mg-Al-NaOH�Al作负极。

负极�Al-3e-+4OH-==AlO2-+2H2O�正极�

2H2O+2e-==H2↑+2OHCu-Al-HNO3�Cu作负极。

注意�Fe作负极时�氧化产物是Fe2+而不可能是Fe3+�肼�N2H4�和NH3的电池反

应产物是H2O和N2

无论是总反应�还是电极反应�都必须满足电子守恒、电荷守恒、质量守恒。

pH变化规律

电极周围�消耗OH-（H+）�则电极周围溶液的pH减小�增大��反应生成OH-（H+）�

则电极周围溶液的pH增大�减小�。

溶液�若总反应的结果是消耗OH-（H+）�则溶液的pH减小�增大��若总反应的结果

是生成OH-（H+）�则溶液的pH增大�减小��若总反应消耗和生成OH-（H+）的物质的量相

等�则溶液的pH由溶液的酸碱性决定�溶液呈碱性则pH增大�溶液呈酸性则pH减小�

溶液呈中性则pH不变。

常用原电池方程式

1�Cu─H2SO4─Zn原电池

正极�2H++2e-==H2↑

负极�Zn-2e-==Zn2+

总反应式�Zn+2H+==Zn2++H2↑

2�Cu─FeCl3─C原电池

正极�2Fe3++2e-==2Fe2+

负极�Cu-2e-==Cu2+

总反应式�2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+

3�钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀

正极�O2+2H2O+4e-==4OH-

负极�2Fe-4e-==2Fe2+

总反应式�

2Fe+O2+2H2O==2Fe（OH）2

4�氢氧燃料电池�中性介质�

正极�O2+2H2O+4e-==4OH-负极�2H2-4e-==4H+

总反应式�2H2+O2==2H2O

5�氢氧燃料电池�酸性介质�

正极�O2+4H++4e-==2H2O

负极�2H2-4e-==4H+

总反应式�2H2+O2==2H2O

6�氢氧燃料电池�碱性介质�

正极�O2+2H2O+4e-==4OH-

负极�2H2-4e-+4OH-==4H2O

总反应式�2H2+O2==2H2O

7�铅蓄电池�放电�

正极（PbO2）�

PbO2+2e-+SO42-+4H+==PbSO4+2H2O

负极（Pb）�Pb-2e-+SO42-==PbSO4

总反应式�

Pb+PbO2+4H++2SO42-==2PbSO4+2H2O

8�Al─NaOH─Mg原电池

正极�6H2O+6e-==3H2↑+6OH-

负极�2Al-6e-+8OH-==2AlO2-+4H2O

总反应式�2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑

9�CH4燃料电池（碱性介质）

正极�2O2+4H2O+8e-==8OH-

负极�CH4-8e-+10OH-==CO32-+7H2O

总反应式�CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O

10�熔融碳酸盐燃料电池

�Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液�CO