电化学:5种原电池,纠正你对规则的误解
现在我们对5种典型的原电池进行分析,希望能在一定程度上帮助同学们理清思路!
【普通型】第一类:最简单的经典车型之一
相信大家最先接触到的原电池就是铜锌原电池(如下图)。
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出现在Zn表面(这是初中化学的经验),但由于一根“额外”的金属丝,气泡出现在Cu表面。这一神奇的现象让大家感受到了化学的无限魅力,同时引发学生积极思考:这是怎么回事?
通过讨论,我们得知Zn失去的电子全部流向了Cu。溶液中的氢离子只能从Cu表面获得电子,最终被还原成氢气!
通过研究这个模型,我们还了解到:原电池的反应一定是自发的氧化还原反应; 采用活性金属作为负极; 外电路中电子定向运动,内电路中离子定向运动。
第二类:盐桥模型
在实验过程中,我们发现第一种单液电池反应一段时间后电流变弱且不稳定。这是因为负极产生的锌离子来不及离开并积聚在Zn电极附近。靠近负极区域的区域明显带正电。这些带正电的锌离子对电子有结合作用,不利于电子的损失;同时,正极区域的氢离子和带负电的硫酸根离子来不及离开并积聚在正极。靠近正极的区域明显带负电。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的电中性并输出稳定的电流,我们引入了盐桥,这就是下面经典的双液电池(如下图所示)。
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,从而与负极区域多余的锌离子形成中性溶液,释放对电子的结合力;同时,盐桥中的钾离子向右侧(正极)的硫酸铜溶液移动,与正极区域多余的硫酸根离子形成中性溶液,缓解了对电子的排斥力。这会产生稳定的电流。
第三类:燃料电池
接触燃料电池后(如下图所示),我们知道原电池如何反应并不完全由电极决定。电池下面的两个电极是石墨电极(惰性电极),不参与反应。实际参与反应的是氢气和氧气。
电解质溶液为稀硫酸
电极反应式为(电解质溶液为稀硫酸)
【看似普通型】第四类:“不讲商量的骗你”电池
如上图所示,当电解质溶液为氢氧化钠溶液时,思考:
电池正极是_______。
该原电池的负极反应式为____________________。
很多同学拿到这个原电池模型后,很容易就想到了经典的铜锌原电池模型。负极理所当然地采用活性金属,金属活性为Mg>Al,因此正极为Al。就这样,我彻底陷入了出题者设置的思维陷阱。
我们不应忽视的一个问题是电解槽的环境。电解质溶液为氢氧化钠溶液,金属的活性不再是决定因素。正如高中化学《必修一》中所学,镁不会与氢氧化钠溶液发生反应,但铝可以与氢氧化钠溶液发生反应。反应方程式如下:
所以在这个原电池中,Al是负极,Mg是正极。负极上的Al失去电子,正极上水中的氢离子获得电子。负极反应式如下:
【貌似是异常类型】第五类:浓差电池
请先看下面的问题(部分摘录):
很多同学发现,不能直接用金属活性来判断电池的正负极,因为电池两面的电池和电解液都是一样的,似乎不存在氧化还原规律。他们瞬间就觉得这个问题很不正常,充满了疑惑。
但只要你仔细看题,你就会捕捉到关键信息:“浓差电池”和“银离子浓度越大,氧化性越强”。
反应过程详细分析:根据问题描述,实验开始时,先关闭K1,打开K2。这时,它就是一个电解池。右侧(B) 的Ag 是阳极。 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向左池移动,左池中的银离子获得电子成为银元素。最终,右侧银离子的浓度大于左侧。此时,两侧银离子之间形成浓度差;一段时间后,左池中的银离子又破碎了。打开K1并关闭K2。此时,形成浓度差电池。右侧银离子浓度较高。根据提示“银离子浓度越大,氧化性越强”,可以判断左侧的银离子会失去电子而被氧化。右侧的银离子将接受电子并被还原。分析到这里,疑惑就迎刃而解了。
总结:原电池的题型有所变化,但基本规律不变,即“主体强,客体弱”,即氧化性:氧化剂>氧化产物,还原性性质:还原剂>还原产物。”在答题的过程中,只要你认真读题,深入分析,不要想当然,一定能打破你的思维模式并突破自己。
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用户评论
这篇博文真是太厉害了!我一直以为原电池就那么几种类型,没想到还有这么多! 看完后感觉自己的认知世界突然打开了!
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确实,之前我关于原电池的理解还停留在传统类型的范围内,这篇文章让我对电化学领域有了更深入认识。 很有启发!
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作者把很多概念解释得非常清晰易懂,对于像我这种入门级的读者来说简直太友好了!希望能有后续的文章介绍一下这些原电池的应用场景。
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这篇文章确实让我对“规律”这个词有了更深刻的理解。 原电池的类型远不止想象中那么多,学习需要不断挑战自己的认知边界。
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感觉作者把很多知识点都提到了,尤其是关于不同类型的原电池的特性和应用举例,非常实用!期待以后能看到更多精彩的文章。
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这篇文章对电化学基本规律有深入的分析,让我对原电池有了更全面认识。 当然,我还是希望能看到更多具体的实验数据来支撑文章的论述。
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我一直觉得电化学是个挺复杂的领域,没想到通过这篇文章居然能说得这么清楚! 以后学习的时候应该重点关注这些类型区分啊!
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虽然作者解释得比较详细了,但我还是对某些概念不理解很深。 相信继续深入学习才能真正掌握电化学的奥妙。
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我以前总喜欢把原电池简单地分为几类,现在看来我的认知真是太片面啦! 这篇文章让我意识到科研需要不断探索和挑战,绝不像教科书里说的那样那么绝对!
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标题确实有点夸张,这5种类型只是电化学领域一小部分。 作者可能想要用一些通俗的例子来吸引读者, 但还是建议后续文章能更全面地探讨原电池的各种类型和特性。
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我觉得文章中的一些理论解释有点过于复杂了。 可以尝试用更多的图片或图表来辅助讲解,这样更容易理解!
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学习电化学应该从原电池入手,这篇文章把不同的类型介绍得很棒! 以后可以参考一下,再结合相关的书籍和论文深入学习。
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我本来以为原电池都是非常简单的装置,没想到还有这么复杂的分类和解释。 感觉自己之前的想法太幼稚了!
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电化学这个领域确实很庞大,需要不断地积累知识才能真正理解它的奥秘。 这篇文章对我来说是一份很好的导读,让我对各种类型的原电池有了初步的了解。
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这篇博文写得不错, 虽然我之前对电化学已经有了一定的了解,但还是从文章中得到了不少新的启发和想法。 特别是对于那些比较少见的原电池类型,作者的介绍让我受益匪浅!
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我觉得这篇文章对于初学者来说是非常有用的,能够帮助他们对电化学有一个更直观的认识。 但对于有一定基础的人来说,文章可能显得过于简单浅显了。
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这种说法太过绝对化了吧? “纠正你对规律的认识误区”? 我认为每个人的认知都有不同,并不应该说一种说法就是绝对正确的,其他都是错误的。
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