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通俗读本-自然背景下的电化学

来源:未知作者:彭琳 点击:所属专题: 电化学
一.原电池构成的基本条件 水往低处流,因为存在差异,高低差异。一杯热水与一杯冷水紧贴放置,热水会自发将热量传递给冷水,因为有冷热差异。一根锌棒和一根铜棒相连,会有电子自发由锌方移向铜方,还是因为差异,什么差异?丢电子能力的差异,锌比铜更容易失电子。追

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一.原电池构成的基本条件

水往低处流,因为存在差异,高低差异。一杯热水与一杯冷水紧贴放置,热水会自发将热量传递给冷水,因为有冷热差异。一根锌棒和一根铜棒相连,会有电子自发由锌方移向铜方,还是因为差异,什么差异?丢电子能力的差异,锌比铜更容易失电子。追求稳定、追求自身能量的下降是普遍存在的自然规律。

所以,“差异”是构成原电池的第一个条件。

原电池的基本原理是将化学能转化成电能,电极上发生的化学反应当然是要有电子得失的,也就是说必须发生氧化反应或还原反应。所以,我们常常说氧化还原反应的发生是构成原电池的又一个前提条件。

因为导电的要求,构成原电池的溶液最好是电解质溶液。有时电解质自身参加氧化还原反应,比如铜锌原电池的正极反应2H++2e-→H2,有的电解质未必直接参加反应,如钢铁在NaCl溶液中发生吸氧腐蚀的正极反应O2+4e-+2H2O→4OH-

二.电解是一种强迫

可以用水泵迫使低处的水往高处流。有没有办法让冷处的热量传向热处呢?有,只要支付电费,空调机干的就是这事。那么有没有办法让电子由铜方移向锌方?这就用到电解了。可由直流电源的阴极向锌方涌出电子,正极则向铜方索取电子,铜锌原电池成了电解池,电子流向就颠倒了。

铜在氯气中燃烧生成稳定的CuCl2,CuCl2不能自发分解。以石墨为电极给CuCl2溶液通直流电,CuCl2却分解成了Cu和Cl2。所以,电解是一种强迫,是反自发的,是人为的、用电的、花钱的。电解是将电能转化成化学能。

电解CuCl2,溶液中的Cu2+在阴极接受了直流电源负极提供的电子,却由Cl-在阳极丢失电子还给电源的正极,以维持电子在完整电路中的持续定向流动。电子不会游泳,靠的是“丈夫欠债,妻子还钱”,间接传递彼岸,所以溶液的导电一定就是电解反应,有新物质生成,而且电解反应一定是氧化还原反应。

电解池的阳极发生氧化反应,原电池的负极也发生氧化反应,所以有时也把正极叫做阳极。

三.放电竞争

使用通俗读本-自然背景下的电化学惰性电极电解熔融状态下的简单电解质,如熔融的NaCl、MgCl2、Al2O3,不存在其它离子的干扰,可将其直接分解成单质。如果电解的是电解质溶液,必须考虑水中的OH-、H+可能的捷足先登。如电解食盐水,在阴极放电的就不是Na+而是H+,因为H+的得电子能力远在Na+之前(尽管H+浓度远低于Na+)。

2NaCl+2H2O→H2↑+Cl2↑+2NaOH

产物中的OH-显然是H2O电离的H+在阴极放电析出后被遗弃在阴极的。

两极的得电子与失电子都叫放电。电解的结果往往是同在离子(甚至包括电极材料)放电顺序的竞争结果。

原电池中也可能存在放电竞争,如将铜锌原电池的H2SO4溶液改成CuSO4与H2SO4的混合液,Cu2+的得电子能力强于H+,正极析出的应该是Cu不是H2

四.关于电化学装置的形状

抽象的原电池或电解池几乎都是“两根棍、一桶水”(也有用U型管的),这在多数情况下未必实用,变化是必然的。最简单的变化如将左右放置的两根棍改成上下放置。

锌锰干电池的正极仍是一根棍(碳棒),负极的锌已演变成桶状,既作电极也兼作盛器。它的电解质“溶液”也已被改造为不能流动的糊状。但“两种电极材料同浸在溶液中”的情形与“两棍一桶”并无二致。

钢铁电化腐蚀原理中的无数个微电池更是“没有形状”,正极材料由肉眼看不见数不清的炭粒担任,溶液则是明显或不明显的水膜。不变的还是“两极同浸”。

工业上电解饱和食盐水所用的阴极材料铁是做成网状的。

工业上电解氧化铝的阴阳极用的都是石墨,其中阴极既是电极也是盛放氧化铝与冰晶石共熔物的池槽,形状当然不再是棍。

形状的千变万化首先是实际的需要而不是考试的促刻。你要想在此以不变应变,关键在于咬定“两极同浸”,厘清“哪两极”、“什么液”和“是否导通”。馒头和面条都是面,不会因为不认识变形的那一个而饿肚子吧。

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