一些同學在學習原電池的過程中,由于思考不夠深入,對于電化學的基本反應規律陷入了認識的誤區,想當然地認為“規律就是這樣”,導緻審題出現偏差,錯而不知。
現對5種典型的原電池進行分析,希望可以在一定程度上幫助學生梳理思路!
第一類:最簡單的經典模型之一
相信大家最初接觸的原電池就是Cu-Zn原電池(如下圖所示)。
當化學老師在課堂上展示這個實驗時,大家都認為氣泡應該在Zn表面冒出(這是初中化學的經驗),但是由于一根“多餘的”導線,氣泡卻在Cu表面冒出,正是這一神奇的現象讓大家感受到了化學的無窮魅力,同時引發了同學們的積極思考:這是咋回事啊?
通過讨論,我們知道了原來是Zn失去的電子都跑到了Cu的身上,溶液中的氫離子隻能去Cu表面得電子,最終被還原為氫氣!
通過研究這個模型,我們還學到了:①原電池的反應必須是自發的氧化還原反應;②活潑金屬作負極;③外電路電子定向移動,内電路離子定向移動等規律。
第二類:鹽橋模型
實驗過程中,我們發現第一類的單液電池在反應一段時間後,電流變得微弱,呈現不穩定的狀态。這是由于負極産生的鋅離子來不及離開而在Zn電極附近堆積,負極區附近帶明顯正電,這些帶正電的鋅離子對電子有束縛作用,不利于電子的失去;同時正極區氫離子的減少,帶負電的硫酸根離子來不及離開而在正極堆積,正極區附近帶明顯負電,這些帶負電的鋅離子對電子有排斥作用,最終導緻電流減弱。
為了保持正負極兩側溶液電中性、輸出穩定電流,我們又引入了鹽橋,就是下面經典的雙液電池(如下圖所示)。
反應過程中,鹽橋中的氯離子向左側(負極)的硫酸鋅溶液移動,從而與負極區多餘鋅離子形成中性溶液,解除了對電子的束縛力;同時鹽橋中的鉀離子向右側(正極)的硫酸銅溶液移動,與正極區多餘的硫酸根離子形成中性溶液,解除了對電子的排斥力。這樣就得到了穩定的電流。
第三類:燃料電池
接觸了燃料電池(如下圖所示),我們知道了原電池怎麼反應并不全是電極說了算。下面的電池的兩個電極是石墨電極(惰性電極),并不參加反應。真正參加反應的是氫氣和氧氣。
電解質溶液是稀硫酸
電極反應式為(電解質溶液是稀硫酸)
第四類:“坑你沒商量”電池
如上圖所示,電解質溶液為氫氧化鈉溶液時,思考:
①該原電池的正極為_______。
②該原電池的負極反應式為____________________。
很多同學在拿到這個原電池模型以後,很容易就想到了經典的Cu-Zn原電池模型。想當然的認為活潑金屬做負極,金屬活動性Mg>Al,所以正極是Al。就這樣,完美地掉進了出題人設置的思維陷阱。
我們不應該忽略的問題是電解池的環境。電解質溶液是氫氧化鈉溶液,金屬活動性強弱不再是決定性因素,高一化學《必修一》學過,鎂與氫氧化鈉溶液是不反應的,而鋁可以和氫氧化鈉溶液反應。反應的方程式如下:
所以在這個原電池中,Al為負極,Mg為正極,負極上Al失去電子,正極上水中的氫離子得到電子。負極反應式如下:
第五類:濃差電池
請先來看下面一道題(部分節選):
很多同學發現,并不能直接利用金屬活潑性判斷電池的正負極,因為電池兩側的電池和電解質溶液都是一樣的,貌似不存在氧化還原的規律,瞬間感覺此題異常,疑點重重。
但隻要認真讀題就會捕獲到關鍵信息:“濃差電池”、“銀離子濃度越大,氧化性越強”。
具體分析反應過程:根據題幹描述,實驗開始時,先閉合K1,斷開K2,此時為電解池,右側(B)Ag為陽極,Ag失去電子被氧化生成銀離子,同時硝酸根離子通過離子交換膜移向左池,左池中的銀離子得到電子變成銀單質,最終導緻右側銀離子濃度大于左側,此時兩側銀離子形成了濃度差;一段時間後,再斷開K1,閉合K2,此時形成濃差電池,右側銀離子濃度更大,根據提示“銀離子濃度越大,氧化性越強”,可判斷出左側的銀離子将會失電子被氧化,右側的銀離子将會得電子被還原。分析到這裡,疑惑就解開了。
原電池題型變來變化去,但基本規律始終是不變的,那就是“劑強物弱”,即氧化性:氧化劑>氧化産物,還原性:還原劑>還原産物“,在做題過程中,隻要認真讀題,深入進行分析,别想當然地認為怎樣怎樣,必定可以打破思維定式,突破自己。
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