一、 基础理解与化学转变本质
原电池是能够将化学能转换为电能的装置,其核心反应为氧化还原反应。
二、原电池的结构组成详解
(一)构成必要条件
1. 拥有活泼性不同的两个电极(常见材质为金属或石墨)。
2. 将电极浸入电解质溶液或熔融电解质中。
3. 确保两电极间形成闭合回路(即两电极接触或通过导线连接)。
(二)构成条件的三重审视
1. 反应审视:需确认是否有能自发进行的氧化还原反应发生,通常为活泼金属与电解质溶液的反应。
2. 电极审视:两电极一般应为活泼性不同的金属或非金属导体,对于燃料电池,其电极常为惰性电极。
3. 回路审视:形成闭合回路的三个必要条件是:
① 存在电解质溶液;
② 两电极直接或间接接触;
③ 两电极需浸入电解质溶液中。
三、原电池中的电流与离子动向
1. 电子流向:从负极流出,沿导线流入正极。
2. 电流方向:从正极沿导线流向负极。
3. 离子迁移:在电解质溶液中,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。
电子流动的分析方法是通过改变条件来平衡移动,平衡移动则电子转移,根据电子转移判断区域流向,最后根据流向确定电极。
四、工作机理详述
以Cu-Zn原电池为例进行说明。
(一)盐桥的构造及功能
盐桥由饱和的KCl、KNO3溶液和琼胶制成的胶冻组成。
(二)盐桥的作用
1. 连接内电路,形成闭合回路;
2. 平衡电荷,确保原电池持续产生电流。
(三)电极反应式及总反应
负极:Zn失去两个电子变为Zn2+
正极:Cu2+得到两个电子变为Cu
总电池反应:CuSO4与Zn反应生成ZnSO4和Cu
还原剂为Zn,氧化剂为CuSO4。
(四)工作原理详解
铜锌电池由一个插入CuSO4溶液中的铜电极和另一个插入ZnSO4溶液中的锌电极组成。两半电池通过称为“盐桥”的倒置U形管连接,管内装满饱和KCl溶液和琼脂凝胶。在原电池装置中,电子从Zn负极通过导线流向Cu正极。阳离子Cu2+在正极上获得电子。通过电路中电子和溶液中离子的移动形成回路,传导电流。若用导线连接两极并串联一个电流计,电流计指针将偏转,表明线路上有电流通过。
五、原电池原理相关辨析及注意事项
理解原电池工作原理的要点:
1. 只有放热的氧化还原反应才能将化学能转化为电能。
2. 电解质溶液中阴、阳离子的定向移动与导线中电子的定向移动共同构成闭合回路。
3. 电子在原电池或电解池中无法通过电解质溶液。
4. 原电池中负极失去电子总数与正极获得电子总数相等。
5. 原电池闭合回路的形成方式多样,既可通过导线连接两个电极,也可通过两电极相接触。
六、特别说明及补充内容