電化學(xué)學(xué)習(xí)中學(xué)生容易產(chǎn)生困惑的幾個(gè)問題

劉洪

摘要：在電化學(xué)教學(xué)中常常有學(xué)生對一些問題感到困惑，例如，有鹽橋的原電池中負(fù)極發(fā)生的氧化反應(yīng)和正極發(fā)生的還原反應(yīng)的動力來自哪里;鹽橋作用是什么;有鹽橋的原電池的電極材料選擇上有什么具體要求;正極和負(fù)極的電解質(zhì)選擇上必須滿足什么條件等等。對于這些學(xué)生容易產(chǎn)生困惑的幾個(gè)問題，在此作出簡要的解釋說明。

關(guān)鍵詞：原電池;陰極;陽極;鹽橋;電極

在選修4的電化學(xué)教學(xué)中學(xué)生往往容易在以下幾個(gè)問題上產(chǎn)生困惑，為了讓學(xué)生的科學(xué)視野得到適當(dāng)?shù)臄U(kuò)寬和必要的補(bǔ)充，可以對以下問題做些必要的解釋。

一、有鹽橋的原電池中正極或者負(fù)極兩個(gè)半反應(yīng)的動力來自哪里？

這個(gè)問題其實(shí)涉及大學(xué)電化學(xué)中電極電勢（符號：）的問題。在有鹽橋的原電池中，每個(gè)半池中發(fā)生的半反應(yīng)的動力來自于各個(gè)半池中反應(yīng)物和生成物之間微弱的電勢差（電極電位）這種微弱的電勢差推動電極反應(yīng)的發(fā)生。例如以2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+為原理設(shè)計(jì)的原電池，負(fù)極發(fā)生反應(yīng)是Cu-2e-=Cu2+其推動力是來源于單質(zhì)銅和銅離子之間的微弱的電勢差，這種微弱的電勢差促使單質(zhì)銅不斷的失去電子，變成銅離子。同樣正極發(fā)生還原反應(yīng)的動力是來自于Fe3+和Fe2+之間的微弱的電勢差。整個(gè)原電池發(fā)生反應(yīng)的動力又取決于兩個(gè)半池中電勢差的相對大小。如果兩個(gè)半池中的電勢差相差值越大，也就是說該原電池的電動勢越大，那么此原電池的反應(yīng)越容易發(fā)生，反之越難發(fā)生。由此我們可以得出，原電池的反應(yīng)的最終動力來源是，金屬單質(zhì)（對金屬電池而言）與其對應(yīng)的的離子之間的電勢差。原電池的電動勢的大小就決定于這兩極的電勢差的相對大小。

例：Zn（s） = Zn2+（aq） + 2 e-?→ 金屬“溶解”占優(yōu)勢

Cu（s） = Cu2+（aq） + 2 e-?← Cu2+（aq）沉積占優(yōu)勢

由于 （ Zn2+/Zn） <?（ Cu2+/Cu） （表示電極電勢）。當(dāng)以鹽橋連接這兩個(gè)溶液且外電路接通（構(gòu)成回路）時(shí)，就有電子從Zn電極流出，經(jīng)外電路流入Cu電極，產(chǎn)生電流。

二、鹽橋在原電池反應(yīng)中起到什么作用？

在教學(xué)中常常有學(xué)生問，原電池中鹽橋到底起到什么樣的作用。對于此問題，很多老師怕增加學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，往往就簡單的告訴學(xué)生，鹽橋是起到導(dǎo)電作用;鹽橋中的陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動。這樣回答的話，學(xué)生往往產(chǎn)生另外一個(gè)問題：溶液中的陰陽離子可以定向移動而導(dǎo)電，為什么偏偏要把兩個(gè)半反應(yīng)分開在不同區(qū)域進(jìn)行，中間加上鹽橋呢？其實(shí)鹽橋除了上面所說的導(dǎo)電作用外，還有個(gè)很重要的作用是，避免負(fù)極材料直接與正極的電解質(zhì)溶液反應(yīng)，這樣原電池能持續(xù)穩(wěn)定的放電，從而使原電池具有實(shí)用價(jià)值。另外鹽橋的存在可以平衡兩個(gè)反應(yīng)容器內(nèi)的電荷，使得反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行。再者，在兩種溶液之間插入鹽橋以代替原來兩種溶液直接接觸，減免和穩(wěn)定液接電位。（不同的兩種電解質(zhì)接觸時(shí)，在溶液接界處由于正負(fù)離子擴(kuò)散通過界面的離子遷移速度不同造成正負(fù)電荷分離而形成雙電層，這樣產(chǎn)生的電位差稱擴(kuò)散電位，即液接電位）其實(shí)上述三者的作用又不是孤立存在，而是相互依賴，相互影響的。

三、有鹽橋的原電池在電極選擇上有什么具體要求

對于有鹽橋的原電池，負(fù)極材料幾乎是確定的（根據(jù)反應(yīng)總方程式快速確定），例如2Fe3++ Fe=3Fe2+，其負(fù)極材料是鐵，然而正極材料的選擇就多了。按照一般原理，只要正極材料比鐵活潑性低就行但實(shí)際上并非如此。我們不妨以2Fe3++ Fe=3Fe2+為原理設(shè)計(jì)出兩個(gè)有鹽橋的原電池。①負(fù)極材料是鐵，電解質(zhì)是氯化亞鐵溶液;正極是銅，電解質(zhì)是氯化鐵溶液。②負(fù)極材料是鐵，電解質(zhì)是氯化亞鐵溶液;正極是石墨，電解質(zhì)是氯化鐵溶液。用電流表持續(xù)測定這兩個(gè)原電池的電流發(fā)現(xiàn)：第一個(gè)原電池電流持續(xù)時(shí)間短，并且電流強(qiáng)度很快減小;而第二個(gè)原電池能比較長時(shí)間的提供比較穩(wěn)定的電流。通過此實(shí)驗(yàn)說明，有鹽橋的原電池的電極材料的選擇是有講究的。通過對上面兩個(gè)原電池的分析不難發(fā)現(xiàn)，第一個(gè)原電池的正極材料能與電解質(zhì)溶液反應(yīng)即2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+，而第二個(gè)原電池的正極材料不會與電解溶液反應(yīng)。因此得出，有鹽橋的原電池的正極材料不僅僅是要求活潑性比負(fù)極材料低，還要求正極材料不能與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)，否則會大大降低原電池的效率。

對于學(xué)生在學(xué)習(xí)原電池時(shí)提出的諸多問題，往往涉及大學(xué)里更深層次內(nèi)容的學(xué)習(xí)。因此不適在課堂上進(jìn)行詳細(xì)的講解，應(yīng)該在課后針對部分學(xué)生的具體情況進(jìn)行解釋。

參考文獻(xiàn)：

[1]李志剛.如何提高高中化學(xué)中電化學(xué)的課堂教學(xué)效果[J] 中國校外教育，2019，13.