高三化学 关于电池原理的问与答教学素材

关于电池原理的问与答一、为什么电子要“曲折”的到另一极放电？【通常的解释】：两极是活泼性不同的材料。【追问】：为什么活性不同就构成电池？【通常的解释】：电极材料可以部分溶解，例如 Zn→Zn2+ + e-；Cu→Cu2+ + e-。溶液中的 Zn2+与电极材料表面的电子构成双电层，铜极也是如此；两极都存在金属离子溶解和析出的平衡。因为 Zn 比较活泼，溶解的程度会大一些，电子富集的更多，可以跑到 Cu 极反应。【追问】：按此模型，双电层中 Zn2+与固体表面的 e-电荷数是相等的，铜极亦然。若 Zn极的电子跑到 Cu 极，必然引起 Cu 极负电荷增多，Cu2+与电子的电荷平衡就会被打破，Cu2+难道不会阻碍电子过来吗？【回答】：好像的确如此？那怎么办呢？【我们的解释】：对于锌酸电池，H+有向 Zn 要电子的趋势，这种争夺可以在 Zn 表面上发生，因为 Zn 与 Cu 的连接是导体，电子可以自由传递，H+在 Zn-Cu 连接体的各个部位获取电子都有可能，于是 H+在 Cu 表面上获取一些电子也不足为奇了。【衍生的教学价值】：H+向 Zn-Cu 都可以要电子，向 Zn 直接要电子，发生的是直接氧化还原；从 Cu 表面得电子，发生的是电池反应。这样，Zn 表面仍然有气泡就不必恐慌，很正常，也不必担心学生看到这一副现象。还可告诉学生，若要求描述电池反应时，就是 Cu 表面有气泡，因为 Zn 表面的气泡不是电池反应，这样与考试也不矛盾。二、为什么这种“曲折”的放电速率还更快？【通常的解释】：Zn→Zn2+ + e-，生成的正电荷会阻碍 H+在 Zn 表面放电，而 H+在 Cu 表面放电是没有障碍的“绿色通道”。【追问 1】：在钢铁的电化学腐蚀中，O2不带电荷，不会受排斥，为什么在碳颗粒表面放电，腐蚀速度会加快呢？【追问 2】：电池是要供电的，为什么这种“曲折”的放电还能驱动电器工作？仅靠电荷迁移之间的排斥作用有这么强的效果吗？【我们的解释】：任何反应都不是两种物质分子一接触就直接发生，要经过复杂的历程 ，期间还要跨越能量的障碍（能垒，活化能），或者说有“动力”，也有“阻力”。电极反应也是如此，H+在金属表面获得电子也会遇到一定的“阻力”，在不同的金属表面遇到的“阻力”大小不同。一般情况下，金属越惰性，“阻力”越小，于是 H+就优先在 Cu 或 C 表面放电了。金属腐蚀中 O2的放电也是类似。但是“一般情况下”也有例外，尽管 Hg 比 Zn 等惰性，但“阻力”却大很多，因此 Zn-Hg 连接体就...