鋅銅原電池中,為什麼氫離子需要的電子不是直接由鋅提供生成氫氣,反而鋅中的電子要與銅生成銅離子和氫反應?

時間 2021-06-04 16:02:47

1樓:宮非

2020-10-25

電子走導線、離子走鹽橋,各走各的路,但總有些例外。

將鋅片放置於硫酸銅溶液中,可觀察到鋅片逐漸溶解,而銅金屬析出於鋅片上(少部份沉澱於燒杯底部),但因為鋅片直接浸泡在銅離子溶液中,電子直接由鋅原子轉移至銅離子,無法對外產生電流。此反應僅為伴隨著放熱現象的氧化還原反應。倘若能使電子由鋅原子經過導線,藉由外電路流回到銅離子,便是化學電池將「化學能」轉換為「電能」,可產生電流

鋅銅電池,電子由陽極(Zn)流出經導線流入陰極(Cu),電流量隨放電時間增長而減少,其電動勢高低除了受控於所選用的金屬之外(不同金屬具有其特定氧化還原電位),兩電解質溶液的濃度也是影響因素

簡易鋅銅電池裝置。

氧化反應

電子自Zn 板上脫離,沿導線流向銅板,鋅解離成鋅離子,Zn 板重量也因此減輕;溶液中的 增加,「鹽橋,salt bridge」中的離子移動,形成通路。

鋅銅電池的氧化反應部分。

還原反應

溶液中正電荷之 減少,因此溶液中之負電荷 往鹽橋方向移動,在鹽橋中達成新的平衡; 溶液中的 接受來自Zn 板解離電子而成為Cu,附著在銅板上,銅板重量因此增加。

鋅銅電池的還原反應部分。

氫離子需要的電子也是有直接由鋅提供生成氫氣,那是在剛開始浸入硫酸時,其電流也有一般鋅銅電池的九倍。在鋅片上可見小氣泡產生。應該是鋅片直接與硫酸中的氫離子接觸反應,活性大的鋅原子發布電子給氫離子,而在鋅片上產生氫氣;但此時電池的內部電路在鋅片上的反應快又強烈,鋅片消耗加速,導致走外部電路至銅片的電子越來越少,故外部所測得之電流迅速下降。

浸入硝酸鉀及硫酸鋅的電流則偏小,應該是溶液中沒有銅離子可供還原,故鋅片發布的電子到達銅片後就於停留於銅片上,無法與銅離子反應,而使電流越來越小。

若依照教科書的指示,所製作出的鋅銅電池的電流都十分微小,而增加鋅銅電池的電流,可朝增加電解液濃度,加大鋅、銅片面積,及改進鹽橋之導通等方向著手;其中,以改進鹽橋的效果最顯著。分類:

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