對原電池形成條件的思考

劉軍紅

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）06-0083-01

在選修與必修的銜接方面，必修2中介紹了原電池的裝置和原理，歸納了形成原電池的條件。選修4在此基礎(chǔ)上，介紹較復(fù)雜的帶鹽橋的原電池，進一步認識原電池的形成和反應(yīng)原理，關(guān)注原電池的使用價值。關(guān)于原電池形成條件的教學(xué)，我有以下思考供各位同仁參考，不對之處敬請批評指正。

原電池的形成條件是：（1）有兩個活動性不同的電極，（2）接觸電解質(zhì)溶液，（3）形成閉合回路。是否需要第四個條件：能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

聽過一堂原電池的公開課，講課的老師特地舉了這樣一個例子：下列裝置能形成原電池嗎？裝置是：把一個銅片和一個碳棒用導(dǎo)線連接一起插入稀硫酸中。學(xué)生說不能，老師給的結(jié)論也是：不能。原因是：銅與稀硫酸不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。由此他給出了形成原電池的第四個條件，即有能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生。

首先，這個結(jié)論的形成是否太片面？其實，實際演示一下，這個裝置的導(dǎo)線中會有電流產(chǎn)生，電流計的指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即可以形成原電池。

原電池反應(yīng)的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，既然形成了原電池，那么，這個裝置中發(fā)生著一個什么樣的氧化還原反應(yīng)呢？

原電池是由兩個半電池組成的，半電池中的每個電極的半反應(yīng)都包括兩類物質(zhì)，一類是可以作還原劑的物質(zhì)叫做還原態(tài)物質(zhì)，例如（銅鋅原電池中的鋅半電池、銅半電池）鋅半電池中的鋅和銅半電池中的銅；另一類是可以做氧化劑的物質(zhì)叫做氧化態(tài)物質(zhì)，例如上述兩個半電池中的鋅離子和銅離子。

氧化態(tài)物質(zhì)和相應(yīng)的還原態(tài)物質(zhì)形成氧化還原電對。根據(jù)組成氧化還原反應(yīng)的兩電對的電極電位可以判斷氧化還原反應(yīng)進行的方向。氧化劑電對的電極電位的代數(shù)值必須大于作為還原劑電對的電極電位，才能滿足氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行的條件。查電極電位表可得：電對Cu₂+/Cu的電極電位為+0.3402伏，電對O₂＋H₂O的電極電位為+1.229伏。所以上述銅-石墨插入稀硫酸中形成的原電池，負極反應(yīng)是Cu-2e-=Cu₂+,正極反應(yīng)是O₂+4e-+4H+=2H₂O，電池總反應(yīng)是2Cu+O₂+4H+= 2Cu₂++2H₂O。

我們都知道鋼鐵吸氧腐蝕的條件是鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性。設(shè)計成原電池的裝置即是按照上面那位老師的理論這個裝置也不能形成原電池了。那該如何理解吸氧腐蝕呢？我在授課過程中也讓學(xué)生對此裝置進行過判斷，學(xué)生也認為鐵和氯化鈉溶液因不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能形成原電池。由此看來對自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)要有正確的理解。當(dāng)用金屬電極做原電池負極時（金、鉑除外），正極可以是氧氣得電子，即發(fā)生金屬與氧氣之間的氧化還原反應(yīng)，此時的電解質(zhì)溶液只起導(dǎo)電作用。如果我們僅根據(jù)表面上的金屬和電解質(zhì)溶液之間能否發(fā)生氧化還原反應(yīng)來判斷是否形成原電池，顯然是不正確的。

只要是活動性不同的兩種金屬或一種金屬和一種非金屬或化合物，插入電解質(zhì)溶液，形成閉合回路，就可以形成原電池了。像利用原電池原理制作的干電池、鉛蓄電池、燃料電池都是滿足這三個條件的。至于自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生這一條件，并不是形成原電池的必要條件。一個能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)的判斷也不是中學(xué)階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容。即形成原電池只需要兩個活動性不同的電極、電解質(zhì)溶液、形成閉合回路即可，而一個原電池中一定發(fā)生著一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。