1、电化学问答?l8?中学化学 2002 年第 lO 期电 1匕学问答湖北省鹤峰县第一中学 445800 李远进1.怎样理解化学能? 化学能跟物质的内能有何关系?答:我们知道,物质在发生化学反应时往往要伴随着能量的转化,即可以吸收或放出热能,光能等等.我们把潜存在化学物质中并能通过化学反应表现出来的能量叫化学能.化学能实际上是化学反应中反应物的内能和产物的内能之差.2.任何反应的化学能都可以直接转化为电能吗?答:只有氧化还原反应的化学能才能直接转化成电能.因为原电池要利用氧化还原反应中的转移电子来形成电流,即让还原剂失去的电子经过导线转移给氧化剂从而形成电流.在原电池中,氧化反应和还原反应是分开在
2、两个电极上进行的.3.原电池的构成条件有哪些?它们各起什么作用?答:原电池的构成条件可以归纳为三点:(1)有一个可以发生的氧化还原反应;(2)有电解质溶液;(3)有活泼性不同的两个电极.可从能量的转换和电流的形成条件两个方面来理解这些条件:氧化还原反应提供化学能和转移电子;电解质溶液有两个作用,一是导电,二是对活泼性不同的两个电极产生一种特殊作用而在这两个电极上形成电势差,使转移的电子能在导线中定向移动.4.原电池内电路的电流是怎样形成的?答:原电池的内电路电流由离子的扩散而形成,方向由负极到正极.以教材中的铜锌原电池为例:负极区(锌片附近) 的锌离子向正极区扩散 ;正极区(铜片附近) 的氢离
3、子因在正极上得电子放电而使其浓度减小,负极区的氢离子就要向正极扩散.这两种阳离子扩散的方向就是其形成的电流的方向(由负极到正极).硫酸根离子在溶液中各处的浓度本来是相同的,但由于原电池在工作时,负极区在不断产生阳离子,正极区在不断消耗阳离子,这将导致负极区阳离子所带正电荷总数多于正极区阳离子所带正电荷总数,因此,正极区的硫酸根离子要向负极区转移一部分才能使正极区和负极区的溶液呈电中性.由于硫酸根离子带负电,这部分由正极向负极转移的硫酸根离子形成的电流方向也是由负极到正极.由于电解质溶液的电阻比金属的电阻要大得多,负极的电子不会经过电解质溶液流向正极.若有电子进入电解质溶液它将被溶液中的阳离子截
4、获.5.为什么原电池能够加快氧化还原反应的速率?答:在原电池中,氧化反应和还原反应不在同一处进行,不存在相互阻碍,反应速率要比没有形成原电池时要快得多.以教材中的实验为例:将锌片直接插入稀硫酸中反应时,锌片表面产生的zn2 会阻碍 H 向锌片接近.锌片上产生的气泡也会阻碍 zn2 向溶液中扩散 .而用铜片,锌片和硫酸构成原电池后,这两种阻碍就不存在了,反应速率就会提高许多倍.有些氧化还原反应在通常条件下反应非常缓慢,以至于可认为不反应.比如干燥的铁和氧气在常温下不反应,但借助于原电池可使其较快地发生反应.如钢铁在潮湿的空气中的锈蚀;在制取氢气时,用粗锌比用纯锌时速率快,或者向稀硫酸中滴几滴硫酸
5、铜溶液也可以加快反应速率.二者都是因为形成了大量的微型原电池而使反应速率大大加快.(H2)+(H2)=0.896L+0.224L=1.12L通过以上讨论,我们可以更全面地掌握硝酸与金属反应的性质,即在特定条件下,活泼金属(如 Mg)与极稀硝酸作用时,也能发生置换反应产生 H2.此时,+1 价氢元素表现出氧化能力 .(收稿日期:2O020515)中学化学 2002 年第 lO 期但要明确:原电池只能改变氧化还原反应的速率,不能改变氧化还原反应的方向(或结果).比如在由铜棒,碳棒和稀硝酸组成的原电池中,在正极得电子的就不是 H 而是 No;.6.在原电池中,一定要用活泼金属作负极吗?我们使用的各种
6、化学电池在不用时是否有氧化还原反应在发生?答:在原电池中,不一定要用活泼金属作负极.如氢氧燃料电池其电极导电材料一般为多孔的金属板,在负极通入还原剂氢气,正极通入氧化剂氧气,电解质溶液为 KOH 溶液.电极的反应为:正极反应:02+4e 一+2H2O 一 4OH 一负极反应:2H一 4e 一+4OH 一一 4H2O总反应为:2H2+02-2H2O再如,甲烷燃料电池中电解质溶液为 KOH 溶液,电极反应为:正极反应:2o2+8e+4I-I2O8OH 一负极反应:CH4+10OH 一一 8e 一一 COl 一+7I-I2O总反应为:cH4+2O2+2OH 一一 c 一+3I-I2O从理论上讲,氧化
7、剂和还原剂不是同一种物质的氧化还原反应就可以设计为原电池.在实际使用的化学电池中,氧化剂和还原剂是不能直接接触的,电池在不工作时,氧化还原反应也不能发生.7.怎样理解钢铁吸氧腐蚀的正极反应?答:正极反应可以认为分如下两步完成,即:o2+4e 一一 202 一202 一+21-12O 一 4OH 一8.将铜片和锌片用导线连到电流计上,然后将它们同时插入硫酸钠溶液中,发现也有电流产生,这是什么反应的化学能转化成了电能?答:该原电池的电极反应是:负极反应:2zn 一 4e 一一 2Zn2正极反应:02+2H2O+4e 一一 4OH 一总反应为:2Zn+o2+2H2O 一 2Zn(OH)2若溶液中无氧
8、气存在,则该装置不能够形成?l9?原电池.9.怎样理解电解过程就是将电能转化为化学能的过程?答:以电解水为例.我们知道,氢气跟氧气反应生成水时要对外释放出大量热量,这说明参加反应的氢气和氧气的总内能要比生成的水的内能高.反过来,通过电解将水转化成氢气和氧气,则生成的氢气和氧气的总内能要比电解消耗的水的内能大,高出的这部分内能就是由电解过程中所消耗的电能转化而来的.而这部分内能又可以通过氢气跟氧气发生化学反应释放出来.这部分以内能的形式存在,可通过化学反应表现出来的能量就是我们所说的化学能.电解产物之间都是可以发生化学反应并释放出能量的.潜存于电解产物中并能通过化学反应释放出来的这部分能量(即化
9、学能) 就是由电解过程中消耗的电能转化而来的,所以说,电解过程就是将电能转化为化学能的过程.10.电解时,电解池中的电极反应跟电极材料有何关系?答:电解池的阳极反应与阳极材料有关,若阳极是惰性电极(如石墨,Pt,Au 等),则阳极反应是溶液中的阴离子失电子(放电);若阳极是活泼电极(银及比银的金属活动性强的金属),则阳极反应是阳极本身失电子(放电)而溶解.阴离子在阳极放电顺序为:s2 一s0;一I 一Br 一C1 一OH 一最高价含氧酸根离子F 一电解池的阴极反应总是溶液中的阳离子在电极上得电子(放电), 与阴极的电极材料无关.阳离子在阴极放电顺序:在金属活动性顺序表中越靠后的金属的阳离子,越易得到电子.但要注意两点:一是 Fe3Cu2Fe2;二是放电顺序在 H 附近的离子(如 Zn2 和 Fe2)如果浓度比 H 浓度大得多时,其放电能力要比 H 强.活动性顺序在铝以前的金属的阳离子不存在这种情况.11.用 u 型管电解氯化钠溶液时,溶液中的OH 一要向阳极定向移动,为什么阳极区的溶液始终没有变红?答:该实验正好说明离子在溶液中定向移动的速度是非常慢的.(收稿日期:2O020719)
