原电池知识点复习(1)

首先：我们拿一个最简单的原电池搞清楚它的原理

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先弄清楚两点：
1.要让装置中有电流产生，必有电子转移，要有电子转移，则必有自发进行的氧化还原反应，这是构成原电池的最基本的条件。非氧化还原反应，由于无法产生电子转移，因此无法设计成原电池。
2.电子为什么会流动？当电极放入与电解质溶液中时，其表面定会产生一定的电势，不同的电极材料，电势也是不一样的，当用导线将他们相连时，其间的电势差（电压）就会促使电子定向流动。同时，也由于电压的作用，使得原电池反应，比未构成原电池时反应的速度更快。（试着解释一下在锌粒与硫酸反应制氢气的反应时，为什么加入少许硫酸铜溶液，会使得放出氢气的速度加快？）
3.与普通原电池相比，双液原电池更易产生持续稳定的电流。比如上述铜锌原电池；由于Zn与Cu2+直接接触，避免不了有部分铜直接在锌棒上得电子沉淀出来，从而在锌棒上就会产生许多个小的原电池，结果是通过导线的电子数不断减少，电流也越来越小；而在双液原电池中，Zn与Cu2+不直接接触，电子的流动始终要通过导线，因此电流恒定。我们在处理问题时，可以认为盐桥属于电解质溶液的一部分，盐桥中离子的流向也与电解质溶液中离子流向完全一致。

下面着重研究几个问题

一、电极的判断：我们都知道，导线中电流的形成是电子流动引起的，外电路中，电流从正极流入负极，则电子必然从负极流向正极。因此，负极必然是电子流出的一极（发生失电子的反应）；正极必然是电子流入的一极（发生得电子的反应）。这也是最基本的判断电极的依据。
一般来说，当两电极材料不同时，活泼电极更易成为负极（因其更易失电子，电子流出）。但这并不绝对，因为有些金属虽然活泼，但在给定的电解质溶液中，却未必有机会发生失电子的反应，比如下面原电池中的前两个，作为负极而失电子的都是相对较不活泼的金属；而在燃料电池中，电极材料完全相同，通燃料的一极是负极，通氧气的一极作正极。归根结底，正负极的判断，还是要看自发进行的氧化还原反应中，谁失电子，谁得电子。

除此之外，我们还有许多其他判断正负极的依据：比如，电极的变化（一般质量减少而溶解的一极为负极，而质量增加或者气体析出的一极为正极）；比如电解质溶液中阴阳离子的流向等。

二、离子流向问题，我们只需要搞清楚一点:在导线中，电子流动形成电流，电解质溶液中，离子流动形成电流。电流方向与阳离子流向一致，而与阴离子流向相反，只要搞清楚电流的流向，阴阳离子在溶液中的流向就很容易确定了。
在原电池装置中，外电路（也就是导线中），电流由正极流向负极，因此，电子由负极流出，流向正极。内电路（即电解质溶液中），电流由负极流向正极，因此，阳离子也必由负极流向正极，阴离子由正极流向负极。（也可以参考：如何理解电化学装置中的离子流向）

三、电极反应式的书写，关键是找到：负极失电子是什么，所得产物是什么；正极得电子是什么，所得产物是什么。对于最简单的原电池，我们可以从反应的实质入手，比如铜锌原电池（如下）

不难发现，该原电池反应的实质是：Cu2+ + Zn === Cu + Zn2+，得、失电子的物质，以及得、失电子后的生成物一目了然，我们可以直接写出负极反应式和正极反应式。即：负极：Zn － 2e- ==== Zn2+；正极：Cu2+ + 2e- === Cu 。

我们再来看中间的原电池反应：其实质为：Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O，很容易看出失电子的为Cu，产物为Cu2+，因此负极反应式为：Cu-2e-===Cu2+；也可以看出，得电子的是NO3-，而产物为NO2，正极反应式为：NO3-+ e-+ 2H+=NO2↑+H2O。
有时即使知道反应的原理，想直接看出电极反应式却不是那么容易。比如：上述第三个原电池，自发进行的氧化还原反应为：2Al+2OH-+2H2O====2AlO2-+3H2↑。可以看出，负极失电子的是Al，失电子后的产物为AlO2-，电极反应式为：Al-3e-+4OH－====AlO2-+2H2O（失电子后在碱性溶液中显然不能以Al3+形态存在，因此会结合OH－转化为AlO2-）。但正极反应式直接看的话，似乎就不是那么明显，我们可以用“总式－负极反应式”来得出。整理后得出，正极反应式为：2H2O－2e-====2OH－+H2↑。
对于燃料电池电极反应式的书写，我认为关键点有两个，一是负极燃料失电子数的求算，二是在给定的电解质溶液环境下，转化为什么样的产物。具体参考：燃料电池的电极反应式的写法。

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