摘要立足于中學(xué)化學(xué)的實(shí)際，從原電池的類型、構(gòu)成條件、工作原理、電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生機(jī)理等方面進(jìn)行了定性闡述，適當(dāng)拓展了原電池原理的有關(guān)知識(shí)，以適應(yīng)素質(zhì)教育的要求。
關(guān)鍵詞原電池 電極 電動(dòng)勢(shì)
2個(gè)相同的電極可構(gòu)成原電池嗎?許多中學(xué)化學(xué)教師都會(huì)肯定地說“不行，因?yàn)闃?gòu)成原電池的條件之一就是具有2個(gè)不同的電極�！笨墒牵谝淮未笮凸_課上，有一組學(xué)生做原電池構(gòu)成條件的探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)，將2個(gè)相同的鋅電極浸入到硫酸銅溶液后，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)了。為什么會(huì)這樣呢?一時(shí)間，在座的專家、同行議論紛紛，但都無令人信服的理論解釋。
其實(shí)如果我們查閱大學(xué)物理化學(xué)的電化學(xué)部分，則不難找到答案。不過，由于大學(xué)物理化學(xué)的電化學(xué)理論重在運(yùn)用熱力學(xué)理論進(jìn)行定量分析，相對(duì)中學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)而淺顯的電化學(xué)知識(shí)來說，顯得過于深?yuàn)W難懂，更難以向中學(xué)生解釋清楚。因此，本文結(jié)合中學(xué)化學(xué)的實(shí)際，定性地闡述了原電池的有關(guān)知識(shí)，旨在幫助中學(xué)化學(xué)教師拓展相關(guān)知識(shí)，以應(yīng)對(duì)素質(zhì)教育的需要。
1 原電池的類型
使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，稱為原電池或簡(jiǎn)稱電池。根據(jù)原電池的組成及變化的特點(diǎn)，可將電池按以下幾種方式進(jìn)行分類:(1)按照電池中物質(zhì)所發(fā)生的變化，可將電池分為2類:凡電池中電極反應(yīng)的凈結(jié)果為化學(xué)反應(yīng)者稱為“化學(xué)電池”，凡電池中電極反應(yīng)的凈結(jié)果僅是高濃度變成低濃度者稱“濃差電池”。(2)按照電池包含電解質(zhì)溶液的種類，又可將電池分為2類:電池中只含1種電解質(zhì)溶液的稱為“單液電池”，電池中含有2種電解質(zhì)溶液的稱為“雙液電池”。(3)按照電池中能量變化的特點(diǎn)，也可將電池分為2類:凡化學(xué)能(即體系的吉布斯自由能的減少)全部轉(zhuǎn)化為電能者稱“可逆電池”，凡化學(xué)能只部分轉(zhuǎn)化為電能者稱“不可逆電池”。大學(xué)課本中只討論可逆電池，而可逆電池的電極必須是可逆電極，可逆電極的特點(diǎn)是發(fā)生的充、放電反應(yīng)互為可逆反應(yīng)，如常見的甘汞電極Hg-Hg2Cl2|Cl-的電極反應(yīng)可表示為:Hg2Cl2+2e-=2Hg+2Cl-。但中學(xué)階段的原電池(除蓄電池或稱可充電電池外)的電極一般是不可逆的，即為不可逆電池。盡管如此，兩者的工作原理基本相同，差別主要在于不可逆電池尚無法運(yùn)用熱力學(xué)理論進(jìn)行定量分析，在此無須將兩者嚴(yán)格區(qū)分。故可將電池分為4種基本類型:(1)單液化學(xué)電池;(2)雙液化學(xué)電池;(3)單液濃差電池;(4)雙液濃差電池。
2 4種電池的構(gòu)成條件及工作原理
構(gòu)成原電池的必備條件有，①2個(gè)電極，②電解質(zhì)溶液才③連成1個(gè)閉合回路，此外，還必須能自發(fā)地在兩極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生電流。以下分別介紹4種電池的構(gòu)成條件(因③相同故略去)及簡(jiǎn)要工作原理。
(1)單液化學(xué)電池:是由化學(xué)性質(zhì)不同的2個(gè)電極浸在同一電解質(zhì)溶液中組成的電池，或者是由不同氣體沖擊浸入同一電解質(zhì)溶液的電極而成的電池。
例如，不可逆電池:鋅銅原電池Zn|H2SO4|Cu將鋅片、銅片分別浸入H2SO4溶液后，由于所產(chǎn)生的電勢(shì)差不等，所以電子會(huì)由電勢(shì)較低的鋅片流到電勢(shì)較高的銅片，使鋅片不斷地失去電子生成Zn2+進(jìn)入溶液，同時(shí)H+不斷地在銅片上得到電子生成H2析出，電極反應(yīng)式為，負(fù)極:Zn-2e-=Zn2+，正極:2H++2e-=H2↑，總反應(yīng):Zn+2H+=Zn2++H2↑
(2)雙液化學(xué)電池:是將2個(gè)電極(可以相同也可以不同)分別浸入2種不同的電解質(zhì)溶液中而組成的電池。由于在2種不同的電解質(zhì)溶液的接觸界面上也會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，并且會(huì)影響到整個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生(即影響到電流的產(chǎn)生)。為了消除液體接界電勢(shì)，通常采用的方法是“鹽橋法”(即在2種電解質(zhì)溶液之間，放置一飽和KCl溶液，這樣可使液體接界電勢(shì)降低到可以忽略的程度，若電解質(zhì)溶液遇KCl會(huì)產(chǎn)生沉淀時(shí)，可用NH4NO3代替。)，鹽橋用“||”表示。此外，還可用膜或素?zé)杀瓕?種電解質(zhì)溶液分開。
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