原电池正负极判断的方法
河北省宣化县第一中学 栾春武
在中学化学中判断原电池的正负极一般有如下几种方法:
一、由组成原电池的两极材料判断
一般来说,较活泼的金属为负极,较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。但具体情况还要看电解质溶液,如镁、铝电极在稀硫酸中构成原电池,镁为负极,铝为正极;但镁、铝在氢氧化钠溶液中形成原电池时,由于是铝和氢氧化钠溶液发生了反应,失去了电子,因此铝为负极,镁则为正极。再如铝、铜和氢氧化钠溶液构成的原电池中,铝为负极;而若把氢氧化钠溶液换为浓硝酸,则铜为负极。
二、根据外电路电流的方向或电子的流向判断
在原电池的外电路,电流由正极流向负极,电子由负极流向正极。
三、根据内电路离子的移动方向判断
在原电池电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极。
四、根据原电池两极发生的化学反应判断
原电池中,负极总是发生氧化反应,正极总是发生还原反应。因此可以根据总的化学方程式中化合价的升降来判断。
五、根据电极质量的变化判断
原电池工作后若某一电极质量增加,说明溶液中的阳离子在该电极上放电,该电极为正极,活泼性较弱;如果某一电极质量减轻,说明该电极溶解,电极为负极,活泼性较强。
六、根据电极上产生的气体判断
原电池工作后,如果一电极上产生气体,通常是因为该电极发生了析出氢气的反应,一说明该电极为正极,活动性较弱。
七、根据某电极附近pH的变化判断
析氢或吸氧的电极反应发生后,均能使该电极附近电解质溶液的pH增大,因而原电池工作后,该电极附近的pH增大了,说明该电极为正极,金属活动性较弱。
例题分析
【例题1】某原电池发生的总的离子方程式为:Zn + Cu2+ === Cu + Zn2+,那么该原电池的正确组合为:
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Fe
负极
Cu
Zn
Zn
Zn
电解质溶液
CuCl2
H2SO4
CuSO4
CuCl2
解析:原电池的电极反应不仅跟电极材料有关,还与电解质溶液的性质有关。该题考查了原电池的组成,一般来说活泼金属为负极,且能与电解质溶液自发地发生氧化还原反应。
答案:C、D
【例题2】某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用,设计并进行了以下一系列实验,实验结果记录如下表:
编号
电极材料
电解质溶液
电流指针偏转方向
1
Mg、Al
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、石墨
稀盐酸
偏向石墨
4
Mg、Al
NaOH
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
根据表中的实验现象完成下列问题:
(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同。
(2)指出实验3中铝和石墨作何种电极?并写出实验3中的电极反应式和电池总反应方程式。
(3)实验4中的铝作正极还是负极?为什么?
(4)解释实验5中电流计指针偏向铝的原因。
(5)根据实验结果总结:在原电池中金属铝作正极还是作负极受到哪些因素的影响?
解析:实验1中Mg活泼,故Mg作负极;实验2中Al活泼,故Al作负极;实验3中是Al作负极,将盐酸中的氢置换出来;实验4中Mg虽比Al活泼,但Mg不能与NaOH溶液反应,而Al可与NaOH溶液反应,故Al作负极;实验5中Al虽比Zn活泼,但常温下,Al遇浓硝酸发生钝化,阻止内部的金属继续与酸反应,故Zn作负极。由以上5组实验,可总结出金属铝在原电池中作正极还是负极的影响因素。
答案:(1)不相同
(2)负极2Al-6e-=== 2Al3+正极 6H+ + 6e-=== 3H2↑
总反应: 2Al + 6HCl === 2AlCl3 + 3H2↑
(3)负极因Mg虽比Al活泼,但Mg不能与NaOH溶液反应,而Al可与NaOH溶液反应,故Al作负极。
(4)Al虽比Zn活泼,但常温下,Al遇浓硝酸发生钝化,阻止内部的金属继续与酸反应,故Zn为负极,电流计指针偏 向铝
(5)与另一电极材料的活泼性、电解质溶液的酸碱性以及电解质溶液的氧化性强弱等因素有关
【例题3】如图所示,X为单质硅,Y为金属铁,a为NaOH溶液,组装成一个原电池,下列说法正确的是
A. X为负极,电极反应为:Si-4e-=Si4+
B. X为正极,电极反应为:4H2O + 4e-=4OH- + 2H2↑
C. X为负极,电极反应为:Si + 6OH--4e-=SiO32-+ 3H2O
D. Y为负极,电极反应为:Fe-2e-= Fe2+
解析:硅、铁、氢氧化钠溶液组成原电池时,硅为负极:Si + 6OH--4e-=SiO32-+ 3H2O;铁为正极:4H2O + 4e-=4OH-+ 2H2↑,总反应式:Si + 2NaOH + H2O=Na2SiO3+ 2H2↑
答案:C
巩固练习
【练习1】下列有关电池的说法不正确的是
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
解析:锂离子电池可以充用,再次使用,属于二次电池,A项正确;铜锌原电池中铜为正极,故电流为铜流向锌,而电子是由锌流向铜,B项错;电池的实质即是化学能转化成电能,C项正确;Zn失去电子生成Zn2+,故作为负极,D项正确。
答案:B
【练习2】控制适合的条件,将反应2Fe3+ + 2I-
2Fe2+ + I2设计成如右图所示的原电池。下列判断不正确的是
A. 反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B. 反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+ 被还原
C. 电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D. 电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固定,乙中石墨电极为负极
解析:乙中I-失去电子放电,故为氧化反应,A项正确;由总反应方程式知,Fe3+ 被还原成Fe2+,B项正确;当电流计为零时,即说明没有电子发生转移,可证明反应达平衡,C项正确。加入Fe2+,导致平衡逆向移动,则Fe2+ 失去电子生成Fe3+ ,而作为负极,D项错。
答案:D