原电池原理知识点(5种类型的原电池纠正你对规律的认识误区)(1)

一些同学在学习原电池的过程中,由于思考不够深入,对于电化学的基本反应规律陷入了认识的误区,想当然地认为“规律就是这样”,导致审题出现偏差,错而不知。

现对5种典型的原电池进行分析,希望可以在一定程度上帮助学生梳理思路!


第一类:最简单的经典模型之一

相信大家最初接触的原电池就是Cu-Zn原电池(如下图所示)。

原电池原理知识点(5种类型的原电池纠正你对规律的认识误区)(2)

当化学老师在课堂上展示这个实验时,大家都认为气泡应该在Zn表面冒出(这是初中化学的经验),但是由于一根“多余的”导线,气泡却在Cu表面冒出,正是这一神奇的现象让大家感受到了化学的无穷魅力,同时引发了同学们的积极思考:这是咋回事啊?

通过讨论,我们知道了原来是Zn失去的电子都跑到了Cu的身上,溶液中的氢离子只能去Cu表面得电子,最终被还原为氢气!

通过研究这个模型,我们还学到了:①原电池的反应必须是自发的氧化还原反应;②活泼金属作负极;③外电路电子定向移动,内电路离子定向移动等规律。

第二类:盐桥模型

实验过程中,我们发现第一类的单液电池在反应一段时间后,电流变得微弱,呈现不稳定的状态。这是由于负极产生的锌离子来不及离开而在Zn电极附近堆积,负极区附近带明显正电,这些带正电的锌离子对电子有束缚作用,不利于电子的失去;同时正极区氢离子的减少,带负电的硫酸根离子来不及离开而在正极堆积,正极区附近带明显负电,这些带负电的锌离子对电子有排斥作用,最终导致电流减弱。

为了保持正负极两侧溶液电中性、输出稳定电流,我们又引入了盐桥,就是下面经典的双液电池(如下图所示)。

原电池原理知识点(5种类型的原电池纠正你对规律的认识误区)(3)

反应过程中,盐桥中的氯离子向左侧(负极)的硫酸锌溶液移动,从而与负极区多余锌离子形成中性溶液,解除了对电子的束缚力;同时盐桥中的钾离子向右侧(正极)的硫酸铜溶液移动,与正极区多余的硫酸根离子形成中性溶液,解除了对电子的排斥力。这样就得到了稳定的电流。

第三类:燃料电池

接触了燃料电池(如下图所示),我们知道了原电池怎么反应并不全是电极说了算。下面的电池的两个电极是石墨电极(惰性电极),并不参加反应。真正参加反应的是氢气和氧气。

原电池原理知识点(5种类型的原电池纠正你对规律的认识误区)(4)

电解质溶液是稀硫酸

电极反应式为(电解质溶液是稀硫酸)

原电池原理知识点(5种类型的原电池纠正你对规律的认识误区)(5)


第四类:“坑你没商量”电池

原电池原理知识点(5种类型的原电池纠正你对规律的认识误区)(6)

如上图所示,电解质溶液为氢氧化钠溶液时,思考:

①该原电池的正极为_______。

②该原电池的负极反应式为____________________。

很多同学在拿到这个原电池模型以后,很容易就想到了经典的Cu-Zn原电池模型。想当然的认为活泼金属做负极,金属活动性Mg>Al,所以正极是Al。就这样,完美地掉进了出题人设置的思维陷阱。

我们不应该忽略的问题是电解池的环境。电解质溶液是氢氧化钠溶液,金属活动性强弱不再是决定性因素,高一化学《必修一》学过,镁与氢氧化钠溶液是不反应的,而铝可以和氢氧化钠溶液反应。反应的方程式如下:

原电池原理知识点(5种类型的原电池纠正你对规律的认识误区)(7)

所以在这个原电池中,Al为负极,Mg为正极,负极上Al失去电子,正极上水中的氢离子得到电子。负极反应式如下:

原电池原理知识点(5种类型的原电池纠正你对规律的认识误区)(8)


第五类:浓差电池

请先来看下面一道题(部分节选):

原电池原理知识点(5种类型的原电池纠正你对规律的认识误区)(9)

很多同学发现,并不能直接利用金属活泼性判断电池的正负极,因为电池两侧的电池和电解质溶液都是一样的,貌似不存在氧化还原的规律,瞬间感觉此题异常,疑点重重。

但只要认真读题就会捕获到关键信息:“浓差电池”、“银离子浓度越大,氧化性越强”。

具体分析反应过程:根据题干描述,实验开始时,先闭合K1,断开K2,此时为电解池,右侧(B)Ag为阳极,Ag失去电子被氧化生成银离子,同时硝酸根离子通过离子交换膜移向左池,左池中的银离子得到电子变成银单质,最终导致右侧银离子浓度大于左侧,此时两侧银离子形成了浓度差;一段时间后,再断开K1,闭合K2,此时形成浓差电池,右侧银离子浓度更大,根据提示“银离子浓度越大,氧化性越强”,可判断出左侧的银离子将会失电子被氧化,右侧的银离子将会得电子被还原。分析到这里,疑惑就解开了。

原电池题型变来变化去,但基本规律始终是不变的,那就是“剂强物弱”,即氧化性:氧化剂>氧化产物,还原性:还原剂>还原产物“,在做题过程中,只要认真读题,深入进行分析,别想当然地认为怎样怎样,必定可以打破思维定式,突破自己。

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