由一道電化學(xué)試題引發(fā)的思考

耿 磊 宋 銳

(吉林省長(zhǎng)春市東北師范大學(xué)附屬中學(xué) 130021)

一、試題再現(xiàn)

某同學(xué)做如下實(shí)驗(yàn)：

下列說法正確的是( ).

A．根據(jù)“電流計(jì)指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)”這一現(xiàn)象，可以說明鐵片Ⅰ和鐵片Ⅱ均沒有受到腐蝕

B．可通過鐵氰化鉀檢驗(yàn)鐵片Ⅲ和Ⅳ附近溶液，進(jìn)而來判斷電池的正、負(fù)極

C．由于鐵片Ⅰ和Ⅲ處的電解質(zhì)溶液濃度相同，進(jìn)而可判斷出二者腐蝕速率也相同

D．鐵片Ⅳ附近滴加硫氰化鉀溶液會(huì)變紅

解析A.左圖中因氯化鈉溶液的濃度相等，因此發(fā)生的是化學(xué)腐蝕，且腐蝕速率相等，電流計(jì)指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，鐵片Ⅰ、鐵片Ⅱ均被腐蝕，故A錯(cuò)誤.

C.Ⅰ、Ⅲ中電解液濃度相同，但因?yàn)棰蟀l(fā)生的是電化學(xué)腐蝕，Ⅰ是普通腐蝕，所以速率不同，故C錯(cuò)誤.

二、濃差電池的概念

該題涉及到的電池類型為“濃差電池”，但高中人教版教材中并未針對(duì)此類電池做詳細(xì)的介紹.接下來筆者借助此題談一談關(guān)于濃差電池一點(diǎn)個(gè)人認(rèn)識(shí)和理解.

濃差電池是指電池內(nèi)部伴隨著吉布斯自由能轉(zhuǎn)變成電能的一類電池，主要體現(xiàn)在某一物質(zhì)從高濃度向低濃度轉(zhuǎn)變.由于該類電池最多只能產(chǎn)生幾百毫伏的電動(dòng)勢(shì)，因此形成的化學(xué)電池并不實(shí)用.但在平時(shí)的一些試題中會(huì)出現(xiàn)，并且學(xué)生對(duì)其工作原理往往一頭霧水！筆者根據(jù)產(chǎn)生濃差的物質(zhì)種類不同，分為電解質(zhì)濃差電池和電極濃差電池兩類分別加以探討.

三、濃差電池的種類

根據(jù)產(chǎn)生濃差的物質(zhì)，濃差電池可分為電解質(zhì)濃差電池(同種電解質(zhì)但濃度不同)和電極濃差電池(電極相同，但吸附的氣體不同或不同壓強(qiáng)的同種氣體).

1.電極濃差電池

通常是指由兩個(gè)電極材料相同而電解質(zhì)濃度不同的電極或氣體壓強(qiáng)不同的氣體電極構(gòu)成.如氣體電極構(gòu)成的濃差電池：兩個(gè)吸附有不同壓力的甲烷的石墨棒插入一定濃度的堿性電解質(zhì)中構(gòu)成的濃差電池：Pt，CH4(p1)∣OH-(a)|CH4(p2),Pt

2.電解質(zhì)濃差電池

電解質(zhì)濃差電池往往是指由兩個(gè)金屬電極或金屬難溶鹽，插入濃度不同的相同電解質(zhì)溶液中構(gòu)成.

(1)Cu∣Cu(NO3)2(a1)‖Cu(NO3)2(a2)∣Cu，是金屬電極構(gòu)成的電解質(zhì)濃差電池的一種.由于陽離子的濃度不一樣，高濃度離子Cu2+(a2)轉(zhuǎn)化為低濃度Cu2+(a1)而產(chǎn)生電勢(shì)差.由于是陽離子的濃度差異產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，所以該類電池裝置又被稱之為陽離子濃差電池.

四、濃差電池的電能來源

五、由試題引發(fā)的幾點(diǎn)思考

1.原電池的構(gòu)成條件是什么

原電池的“構(gòu)成條件”是比較狹隘的一種說法，是一種經(jīng)驗(yàn)之談.高中階段通常歸納為：(1)自發(fā)的氧化還原反應(yīng);(2)活潑性不同的兩個(gè)電極;(3)存在電解質(zhì);(4)構(gòu)成閉合回路.但其實(shí)許多實(shí)例都是可以推翻“上述構(gòu)成條件”的，如燃料電池、濃差電池等電極材料可以是相同的電極材料；“閉合回路”說成是電池工作狀態(tài)的必要條件更科學(xué).綜上所述，筆者認(rèn)為高中階段將“原電池的構(gòu)成條件”說成“原電池的工作條件”更靠譜一些.因此高中階段對(duì)于上述的四點(diǎn)歸納往往會(huì)給學(xué)生造成思維定勢(shì)，到高三復(fù)習(xí)時(shí)，碰到新型的原電池就會(huì)無從下手.

2.只有氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池嗎

根據(jù)公式ΔrGm=-zFE原則上任何ΔG<0的過程都可以設(shè)計(jì)成原電池.常見的有如下幾種情況：

E?=0.799V-0.222V=0.5777V

可設(shè)計(jì)成如下原電池

E?=0-(-0.83V)=0.83V

上述討論的濃差電池表觀上來看是一種涉及到物質(zhì)轉(zhuǎn)移的物理過程，但這種轉(zhuǎn)移過程是通過電極反應(yīng)間接實(shí)現(xiàn)的.