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原电池的组成(电极、半电池、电对)


实验室k / 2018-07-12

电极和半电池
    在电池中,把电子流出的一极称为负极,电子流入的一极称为正极。即发生氧化反应的电极为负极,发生还原反应的电极为正极。因此,在上述铜锌原电池中,锌片为负极,铜片为正极。两极上的反应称为电极反应。又因每一电极是原电池的一半,又称为半电池反应。铜锌原电池中的电极反应和电池反应为
    负极反应              Zn(s)=Zn2+(aq)+2e

    正极反应             Cu2+(aq)+2e=Cu(s)
    电池反应             Zn(s)+ Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)
    电极必须包含两类物质,一类是还原型物质,另一类是相应的氧化型物质。电极中氧化型物质和还原型物质之间存在如下关系

氧化型+ne 还原型
或写为              Ox +ne Red

电对
    氧化型物质与还原型物质组成氧化还原电对,简称电对,以“氧化型/还原型”来表示。例如,在铜锌原电池中,铜电极的电对为Cu2+/Cu,锌电极的电对为Zn2+/Zn。
    不仅金属和它的离子可以构成电对,而且同一种金属的不同价态离子、非金属单质及其离子、金属及其难溶盐等都可以构成电对,例如Fe3+/Fe2+,MnO4-/Mn2+,H+/H2,Cl2/Cl-,AgCl/Ag等。
电极种类
    任何一个氧化还原电对都可以构成一个电极。
    有的电对本身有电流导体,如电对Cu2+/Cu中的Cu,电对Zn2+/Zn中的Zn,电对AgCl/Ag中的Ag,既是电对的还原型物质,又是传导电子的导体。这类电对可单独构成电极。
    而Fe3+/Fe2+,MnO4-/Mn2+,H+/H2等电对中就没有电流导体。当这些电对构成电极时,需要外加一个能导电而又不参加电极反应的惰性电极导体,常用的惰性电极导体是铂(Pt)和石墨(C)。例如电对Fe3+/Fe2+构成电极时可用P作电极导体,电极符号为

Pt│Fe3+(c1),Fe2+(c2)

    根据电极组成的不同,通常把电极分为四类。一些常见电极种类、电极反应和电极符号见表3-1。

    表3-1中的电极符号都是按电极为原电池的负极书写的,如果作为原电池正极,电极符号书写顺序正好相反。

表3-1  常见电极的分类

电极种类 举例
电对 电极反应 电极符号
金属与金属离子 Cu2+/Cu Cu2++2e=Cu Cu│Cu2
非金属与非金属离子

H+/H2

O2/OH-

2H++2e=H2

O2+2H2O+4e=4OH-

Pt│H2│H+

Pt│O2│OH-

同一元素的不同价态离子

Fe3+/Fe2+

MnO4-/Mn2+

Fe3++e=Fe2+

MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O

Pt│Fe3+,Fe2+

Pt│MnO4-,H+,Mn2+

金属、金属难溶盐和难溶盐负离子

AgCl/Ag

Hg2Cl2/Hg

AgCl+e=Ag+Cl-

Hg2Cl2+2e=2Hg+2Cl-

Ag│AgCl│Cl-

Pt│Hg│Hg2Cl2│Cl-

 


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