造成定氮仪电子的定向移动

时间:2016/11/21 9:14:40 浏览:

 1.氧化还原反应与原电池  氧化还原反应的特点是反应中发生了电子转移,反应物中有的失去电子而被氧化,另一些则得到电子而被还原。例如:Zn(s)+CuSO4(aq)Cu(s)+ZnSO4(aq)2e2+2+Zn(s)+Cu(aq)Cu(s)+Zn(aq)2+反应中Zn给出电子而被氧化为Zn:2+Zn(s)Zn+2e2+Cu则得到电子而被还原为Cu:2+Cu+2eCu(s)2+2+整个反应的实质是电子由Zn转移到Cu上。如果将锌粒浸在含Cu的溶液中,使上述氧化还原反应在同一容器中进行,则Zn所放出的电子将直接被邻近2+的Cu接受,不会产生电流,反应的化学能将直接转变为热能(反应热),散发在介质中,无法利用。但是,如果设法让上述氧化还原反应中Zn的氧化反应


与2+Cu的还原反应,分别在两个独立的容器中进行,迫使Zn在氧化过程中放出的2+2+电子通过给定的外电路流入到Cu溶液中,供给Cu还原的需要。这样就能造成定氮仪海德体育电子的定向移动,形成电流。进而可利用这种电流做功。这种把化学能直接转变成电能的装置,称为原电池。原电池的发明大大提高了能量转化的效率,是能源技术发展史上的一个划时代进步。  原电池是由彼此隔开的两个半电池,及连接两个半电池的内电路组成的。而每个半电池则由电极与相应的电解质组成。一个半电池中只发生氧化反应或只发生还原反应。只有当两个半电池有机地结合在一起,组成一个整体,氧化还原反应才得以进行,原电池才能发挥作用。2+2+  在两个容器中分别将锌片插在含Zn的溶液中,而将铜片插在含Cu的溶液中,然后用一个盐桥把两个容器联结起来,就组成了一个简单的原电池(铜锌电池),如图31所示。其中每个容器组成一个半电池。


每个半电池中分别存在一个氧化或还原反应,即半电池反应:氧化2+Zn(s)还原Zn(aq)+2e 96第三章 溶液中的化学平衡 Cu(s)氧化还原2+Cu(aq)+2e  每个氧化还原平衡总是涉及到同一元素的两种不同氧化态(或称价态,氧化数)。如此,同一元素的两种不同氧化态即构成一个氧化还原电对,简称电对。半电池反应实质是组成电对的两个组分间得失电子的平衡。人们2+2+3+2+用Zn/Zn、Cu/Cu、Fe/Fe、2+3+MnO4/Mn、CrO24/Cr,这样的符号来表示相应的电对,在写电对符号时,图31 铜锌原电池装置示意图通常把氧化态组分(即高价态)写在斜线的前面,而把还原态组分(即低价态)写在斜线的后面。不过,某些元素的某些氧化态在水溶液中只能以含氧酸根离子的形式稳定存在(如MnO4、MnO24、7+6+CrO27、CrO24、ClO4等)而不是以游离离子形式(Mn、Cr等)存在的,在写相应的电对符号时,应按实际存在形态写。显然,每个电对的组分得失电子的能力是2+2+各不相同的,例如Zn很容易失去电子变成Zn,而Zn却很难结合电子而变成Zn原子。这是由电对组分元素的本质特征决定的。但是,当每个电对单独存在时,其组分间的电子得失倾向总是处于平衡状态,不会有实



际的电子得失或氧化还原反应发生,因为体系必须保持整体的电荷平衡和电中性。而当我们用两对2+2+不同的电对如Zn/Zn和Cu/Cu作为两个半电池,并用盐桥(内电路)及导线(外电路)把它们联结起来,就组成了原电池和回路。由于Zn原子给出电子而2+2+氧化成Zn离子的倾向,比Cu原子给出电子而氧化成Cu的倾向强得多,而2+2+Cu离子结合电子还原为Cu原子的倾向又远大于Zn离子结合电子还原为Zn原子的倾向。当这两者结合在一起时,两个电对内的氧化还原倾向被耦合在一起,各自原先的平衡被打破,完成了一个完整的氧化还原过程。2+ZnZn+2e  (氧化反应)2+Cu+2eCu   (还原反应)  氧化反应放出的电子,通过外电路源源不断流向另一个半电池,正好供给还原反应的需求。定向流动的电子即形成电流,可被用来做功。这就构成了原电池,而两个电对就组成了电池的电极,通常把输出电子的一端称为原电池的负极,而输入电子的一端称为正极。显然,在原电池负极上总是发生氧化反应(放  第四节 溶液中的电化学平衡及其应用97出电子),而在原电池的正极上却总是发生还原反应(得到电子)。在原电池中氧化还原反应进行过程中,电池负极的极板(锌板)上积聚负电荷(电子)的同2+时,在负极的电解质溶液中却积聚着正电荷(Zn)。同样在电池正极的极板2+(铜板)上,不断积聚着正电荷的同时,在正极的电解质溶液中,却因Cu不断减少而积聚着负电荷。虽然通过外电路导线可将负极电板上积聚的负电荷引导到正电极的极板上得到中和,但若两个半电池的电解质溶液中积聚的正负电荷不能及时得到中和,整个电池反应仍不能持续进行。因此还必须设置一个合适的离子通道,把两个半电池联结起来,使两个半电池的电解质溶液中积聚的电荷也能彼此中和,这通道就是原电池的内电路,盐桥即起此作用(参见图31)。  用溶有KNO、KCl或KClO等盐类的胶体溶液灌满U形玻璃管,待此胶体34溶液凝成凝胶后,将此U形管倒插在两个半电池电解液中,即构成一个实用的


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