原电池若干问题点析

1、原电池教学中若干问题点析 浙江省宁波市第四中学 钱军 315016 原电池是高中电化学知识中一块重要内容， 但因其内容篇幅不多， 且知 识点又缺少前后联系， 教师一般都凭直观的实验直接得出结论， 使学生在学 习过程中觉得该内容较抽象， 缺少理论依据， 对相关的知识点不易理解、 掌 握。就锌 铜硫酸原电池而言，经常会有学生来问：锌与铜构筑原电池， 为什么是锌被溶解而铜被保护， 为什么锌离子到溶液中而电子却通过外接导 线到铜极， 而不随锌离子一起到溶液中， 经溶液到铜极， 为什么锌极是负极 铜极是正极等等问题。 本文就结合学生在学习中碰到的一些典型的问题和实 例，对原电池教学中学生经常感到困惑的若

2、干问题进行点析。1、正、负电极及电流方向的判断：电池的正、 负极判断及电流的流向， 是学生刚开始学原电池知识最迷茫 的问题。 在锌 铜硫酸原电池中， 电子为什么由锌极流向铜极 （电流为什么 由铜极流向锌极） ？很多教师在教学实践中一般都是根据实验现象直接得出 结论，而让学生记住并应用这些结论，很多学生学了以后，只知其然，不知 其所以然。 所以我认为， 教师在讲解这块内容时， 最好能简单介绍一下电极 电势的知识， 便于学生理解、 掌握。 这是因为锌电极的电势比铜电极的电势 低的缘故， 电子由低电势流向高电势。 那么，电极电势差到底是如何产生的， 为什么锌、 铜电极的电势会不同呢？我们已知金属是由

3、金属原子、 金属离子 和自由电子组成的。 当把金属插入含有该金属离子的盐溶液中时， 有两种反 应倾向存在： 一方面， 金属表面的离子与溶液中极性水分子相互吸引而发生 水化作用生成水合离子。 这种水化作用可使金属表面上部分金属离子进入溶 液而把电子留在金属表面上， 这是金属溶解过程。 另一方面， 溶液中的金属 离子有可能碰撞金属表面， 从金属表面上得到电子， 还原为金属原子沉积在 金属表面上， 这个过程为金属离子的沉积。 金属开始溶解时， 溶液中金属离 子浓度较小， 溶解趋势占上峰。 但当金属离子不断脱离金属表面进入溶液的 同时， 金属表面的负电荷增多， 金属离子沉积到金属表面的速率也会不断的

4、增大。 当金属离子的溶解速率和金属离子的沉积速率相等时， 达到了动态平 衡。这时，在金属表面附近的溶液中，存在着一定数量的阳离子；在金属表 面上则保留着相应数量的电子。 这样， 在金属电极与溶液之间就产生了电势 差。 当外界条件一定的时候， 电极电势差的高低就取决于电极的本性： 金属 越活泼，溶解成离子的倾向越大，金属离子沉积的倾向越小，达到平衡时， 电极的电势越低，为负极；反之，电极的电势越高，为正极。所以，连接两 个金属离子化倾向不同的电极， 如锌 铜硫酸原电池， 对外电路而言， 锌活 泼，电极的电势较低，铜不活泼，电极的电势较高，电子就由低电势极（活 泼的金属锌极）流向高电势极（不活泼的

5、金属铜极） ，电流则由铜极流向锌 极。 对内电路而言， 电流则由锌极流向铜极， 这与溶液中锌离子进氢离子出 相吻合。 通过对电极电势的简单的介绍， 结合学生已有的物理知识， 就能使 学生比较透彻掌握电池正、 负极产生的原因， 而非死记硬背记住活泼金属做 负极，电子由活泼金属极流向不活泼金属极。2、电极材料的类型： 高中阶段学生碰到的原电池电极有下面几种，其中1）、 2）是常见的，3 ）、 4 ）是拔高的。1）金属一 属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极， 活泼金属被腐 蚀，不活泼金属不反应被保护。如锌 铜硫酸原电池，活泼锌被腐蚀，溶 液中电解质离子参与反应， 不活泼金属铜不反应被保护。 例

6、：锌铜硫酸 原电池：负极 （锌） ：Zn-2e =Zn 2+正极（铜）：2H +2e =H 2 f总反应：Zn+2H + = Zn 2+ +H 2 f2） 金属 非金属电极，金属是负极，非金属是正极，活泼金属被腐蚀，溶 液中电解质离子参与反应， 非金属不反应被保护。 如干电池， 活泼锌被腐蚀， 非金属石墨被保护。例：干电池 （NH 4Cl 糊状物为电解质 ）：负极 （锌筒）： Zn-2e =Zn 2+正极（石墨）： 2NH 4+2MnO 2 + 2e =2NH 3f+Mn 2O3+H 2O 总反应： Zn+2NH 4+2MnO 2= Zn 2+2NH 3f+Mn 2O3+H 2O3 ）金属一-

7、属氧化物电极，金属是负极，金属氧化物是正极， 金属和金属 氧化物一般都参与电极反应而被腐蚀， 溶液中电解质离子参与反应。 如铅蓄 电池、银锌电池等。例：铅蓄电池 （电解质溶液为稀硫酸 ）： 负极 （Pb） ： Pb+SO 42-2e =PbSO 4正极（PbO 2）: PbO2+4H + S04 2 +2e =PbSO 4+2H 2O总反应：Pb+PbO 2+2H 2SO4=2PbSO 4+2H 2O4 ）惰性一 性电极，两极材料都不参加反应， 外加物质参与反应。 如燃料 电池。例：氢氧燃料电池（惰性金属铂做电极材料，电解质溶液为氢氧化钾）: 负极（H 2）: 2H 2+4OH 4e =4H

8、2O正极（O2）: O2+2H 2O+4e = 4OH 总反应：2H 2+ O 2 = 2H 2。3、电极反应与总电池反应的关系：学生在做有关原电池内容的习题时，往往会碰到很多没学过的新型电 池，题目要求学生写某个电极反应或总反应式。通过对上述电极分类的分析，我们可知，把二个电极反应通过数学加和，抵消得失电子数，便可得到该电池的总反应式。用总反应式减去较易写出一极（一般为负极）的电极反应式，即可得另一极的电极反应式。例（2000年全国高考题）：熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃 气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气

9、，制得在650 C下工作的燃料电池 完成有关的电池反应式：负极反应式:2CO+2CO 32=4CO 2+4e 正极反应式 : 2CO2+O2+4e =2CO 32总电池反应式：2CO+O 2=2CO 2这题的正极反应一般学生是不可能写出来的，但通过对题中信息的分 析，电池的总反应式还是可以写出来的：2CO+O 2=2CO 2，然后用总反应式减去负极反应式，抵消掉负极反应物便CO，即可得正极反应式：2CO 2+O 2+4e =2CO 32 。4、与氧化一还原反应的关系：能自发进行的氧化还原反应 ，理论上都可组成原电池。原电池反应就是 将氧化还原反应中的氧化反应和还原反应分别在两极上进行，发生氧化

10、反应的一极为负极，即失去电子的一极， 通常是用活泼金属做负极；发生还原反应的一极为正极， 即得电子的一极。 学生经常会碰到一些未标明正、负极反应的电池，碰到这类题不要紧张，搞清楚二极参加反应的物质及生成的产物， 对照原电池二极所发生的氧化、还原反应，问题基本就解决了。例：生物体中细胞膜内的葡萄糖，细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成微型的生物原电池，下列有关判断正确的是 （）：A. 负极发生的电极反应可能是 ：0 2+4e+2H 2O=4OHB. 正极发生的电极反应可能是 :0 2+4e 一 =20 2一C. 负极反应主要是 C6H12O6生成C0 2或HCO 3D. 正极反应主要是 C6H12O6

11、生成 C02或CO32一本题考的是生物体内发生的反应，较特殊。但结合题中选项，我们大致能分析出参加反应的应该是C6H12O6和02 ,生成的是CO 2 （碱性环境为HC0 3或CO32）和H20，根据电子得失的情况，判别其发生的是氧化反应还是还原反应，可知 C6H12O6在负极，02在正极，答案为 C。5、不可忽略的电解质溶液问题：根据原电池中电解质参与反应与否及反应情况，我把原电池中的电解质溶液问题分为四类：1）电解质离子参与电极反应，并体现在总反应中。如上面讲的锌一一铜硫酸原电池、铅蓄电池等，电解质离子在消耗，浓度在减少。2 ）电解质离子参与电极反应， 但未体现在总反应中。 如上面讲的燃料

12、电池， 消耗的离子与生成的离子一样多，所以最终溶液中电解质离子个数未改变，但因生成水，而导致浓度减少。3 ）电解质离子不参与电极反应，也不体现在总反应中，电解质液只是增加了溶液的导电性，如钢铁在中性或弱酸性液中的吸氧腐蚀。4）电极与电解质液反应特殊情况类：例1 :剪约6 cm 长，2 cm宽的铜片和铝片各一片，分别用接线柱平行地固定在一块塑料板上 （间隔2 cm ），将铜片与铝片分别和电流表的“ +”、“-端相连结，电流表指针调到中间位置，取50 mL两只小烧杯，在一只烧杯中注入40 mL浓HN0 3，另一只烧杯中注入 40 mL稀硫酸，试回答 下列问题： 两电极同时插入稀 H2SO4中，原电

13、池的负极为 铝 （填 铝”或 铜”）极，铝片上的电极反应式为：Al-3e - = Al3+ 两电极同时插入浓 HNO 3中，原电池的负极为_铜 （填 铝”或 铜”）极，铝片上的电极反应式为： 4H +2NO 3-+2e -=2NO 2 f +2H 2O_。第小题属常规题，铝比铜活泼，所以铝极是负极；但第小题，因电解质溶液特殊，铝在浓 HN0 3中被钝化，所以铜极是负极。例2 :以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液构成的原电池，人们普遍认为铝是负极。某研究性学习小组为探究该原电池究竟谁是 负极，发生怎样的电极反应，进行了如下实验：如图，剪取约8cm的镁条及大小相近的铝片，用砂纸去膜，

14、使镁条与铝片分别与量程为500 A的教学演示电表的 ”、牛”端相连接，迅速将两电极插入盛有1mol/LNaOH溶液的烧杯中。开始，电表指针向右偏移约 500A，铝片表面有许多气泡， 很快电流逐渐减小至 0 ;随后，指针向左偏移，且电流逐渐增大至约 400A ,但镁条表面只有极少量的气泡产生。根据以此时，铝片表面气泡有所减少,上实验现象，回答下列问题：(1)开始阶段，原电池的正极是 _Al(填 “ Mg或“ A)”片；铝片表MgAl4 «» !* HKIWI *S P B. | . 口 口 ,I 1 - H 1mol/LNaOHMg-2e +2OH面产生的气泡是H 2_ _ ;负极发生的反应是=Mg(OH) 2。 随后阶段，铝片发生的电极反应式是一AI-3 e -+4OH -其原因是：2H 2O+2e=AlO 2 + _2H 2O ;镁条表面只有极少量的气泡产生,=H 2 f +2OH -(极少)，试判断此电极发生的主要反应是由于在镁条表面不断生成的Mg(OH) 2并没有形成沉淀，而是紧密覆盖于镁条的表面形成覆盖层，使镁条表面很快被钝化，而失去活性。最终出