铜锌原电池为什么电子要移动到铜片上呢?

问题描述:

铜锌原电池为什么电子要移动到铜片上呢?
氢离子可以直接在Zn片上与Zn反应生成氢气,为什么电子要流动到Cu片上,而氢离子也要移动到铜片上反应成氢气呢?
还有电子流动到Cu片上后,是在Cu表面附着的吗?
2个回答 分类:物理 2014-11-12

问题解答:

我来补答
一看就知道楼主是高中生,对所学的知识进行更加深入的研究,这种学习态度很好哦,灰常值得表扬~~但你所提出的这个问题是超出高中化学教学范围的,“为什么在铜锌原电池中,Zn电极失去的电子要通过导线富集到Cu电极的表面,而不是直接与电解液中的氢离子直接反应生成氢气.这到底是为什么呢?”这个问题高考是绝对不会也不可能涉及到的.仅需了解就行.但是,如果你深入的理解了这个问题的话,对你今后原电池原理的掌握会有非常大的帮助,你会比其他死记硬背的学生知其根本.好了言归正传,开始讲解这个问题.
首先,楼主你要遇到一个新的概念“电极电位”【也可称之为电极电势】
金属浸于电解质溶液中,显示出电的效应,即金属的表面与溶液间会产生电位差,这种电位差称为金属在此溶液中的电极电位.电极电位是一个相对性的值,也就是说,在确定了某个电位标准的前提下,才能谈论电极电位这个概念.也就是说,为了获得各种电极的电极电势数值,就要以某种电极的电极电势作标准与其它各待测电极组成电池,通过测定电池的电动势, 而确定各种不同电极的相对电极电势E值.1953年国际纯粹化学与应用化学联合会(IUPAC)的建议,采用标准氢电极作为标准电极,并人为地规定标准氢电极的电极电势为0.而在本例中,你可以将电解质溶液的电极电位人为的规定为0.
那么是什么原因导致了金属表面与溶液间电位差【或者说电势差】的产生呢?
原因是:将Zn浸泡在电解质溶液中时,Zn原子失去电子,转化为离子进入溶液的倾向远超过Zn离子结合电子,转化成Zn原子,重新回到Zn金属上的倾向,实质就是由于Zn不断的和电解液之间进行反应,在Zn电极的表面上富集了大量的带负电的电子【所以锌的标准电极电势为负,就是这些Zn原子失去的电子在起作用:这些电子使Zn电极上积累了负电荷】
反过来,Cu转化为离子进入溶液的倾向弱于Cu离子结合电子,转化成Cu原子,重新回到铜金属上的倾向,这也说明了Cu电极很稳定,不会和电解液反应.接下来我在给你讲一个很有趣的微观现象:如果把Cu电极放入CuSO4溶液中,过一段时间,这个Cu片会增重!【当然这个重量是很小很小的,用天平是测量不出来的,仅仅是微观意义上的】原因就是Cu电极上的Cu原子与电解液中的Cu离子之间的相互作用,使得溶液中的Cu离子会受到周围Cu电极上Cu原子的吸引而富集在Cu电极的表面,这里实质就是微观粒子的相互作用.【所以Cu的标准电极电势为正,就是这些Cu离子在起作用:这些附着在Cu电极表面的Cu离子使Cu电极上积累了正电荷】
以下是具体数据:
Zn2+/Zn的标准电极电势是-0.7618
Cu2+/Cu的标准电极电势是+0.3439
好了,接下来问题就变得简单了.我把Cu和Zn用导线连接到一起,放入电解液中.Zn首当其冲的与氢离子反应,在Zn电极表面上聚集了大量的带负电的电子.而Cu呢?他很稳定,不会与其反应,而更加给力的是,这个Cu电极竟然还能够吸引溶液中的带正电的Zn离子,使得这些Zn离子富集在Cu电极的表面【Cu就是这么牛B!】在这种情况下,两极板就产生了电势差,电势的高低呢?那当然是Cu电极的电势高,Zn电极的电势低;存在电势差,就会以光的速度在两极板和导线之间建立起电场!电荷在电场中要受到电场力的作用,就会有电荷的移动,还没等溶液中的氢离子和这些电子反应,这些电子早就顺着导线跑走了.微观的电荷移动就会产生宏观的电流!这就形成了电池!可以向外输出电能咯~~
那为什么Zn电极上的电子会通过导线到达Cu电极,而不是在电解液中运动到达Cu电极呢?这是因为导线的电阻要远远小于电解液之间的电阻,他俩电阻相差十万八千里,根本就不是一个数量级的数值,你可以理解为:电子在原电池系统中运动,电解液的电阻为无穷大,相当于断路,当然电子就要通过电阻很小的导线运动到Cu电极那里去了.
那为什么是电子从Zn板移动到Cu板,而不是Cu板上带正电的Zn离子运动到Zn板上呢?这个问题就更好解释了.你想,原子的质量集中在哪里?答案是原子核.原子核是大树,电子就是树叶上的一个小虫子、原子核是地球,电子就是你.原子核和电子的质量也是相差十万八千里的.还用我往下解释吗?
到这里是不是明白一些了呢?呵呵这些都是大学电化学、物理化学所涉及到的专业问题,仅仅了解一下即可,不必深究.更何况高考也不考.学习的方向不要偏离哦.
这些是你所要重点掌握的:
电子走导线,离子走溶液.
原电池中阳离子往正极移动,阴离子往负极移动.【实质就是电源中粒子克服非静电力做功,这样才能保证电源有稳定的电流输出,不知道你们物理在讲解“电动势”的时候会不会涉及到这个问题哦...】
负氧正还,就是说负极发生电极本身失去电子的氧化反应,正极发生得到电子的还原反应.
"电子流动到Cu片上后,是在Cu表面附着的吗?"
这个问题的答案是肯定的.附着在Cu电极表面.不过还没等到电子一个个的整齐的附着在Cu电极的表面,H+就跑过来和他反应掉了.这个问题不必深究.
但如果是这种情况,一个Cu板,我源源不断的往上输送电子,当达到平衡的时候,这些电子保证是附着在Cu板的表面而不会进入到金属的内部.这是物理学静电平衡的内容,有兴趣的话可以翻阅相关书籍或咨询学历相对高一些的物理老师.简单的说一下,当金属达到静电平衡时,电荷只分布在金属的外表面上.
希望我得回答会对你有所帮助,以后有什么问题也可以来请教我哦.
 
 
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补充回答:

你太厉害
网友(117.136.45.*) 2014-11-12

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