浓差电池电极地位的确定

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  [摘 要]本文首先解释了浓差电池的基本概念,并讨论了浓差电池电极电位的确定方法,最后给出了常见的几种浓差电池电极电位。
  [关键词]浓差电池 电极电位确定
  
  利用氧化还原反应,将化学能转化为电能的装置称为原电池。原电池的电动势是由原电池两极的电势决定的。常见原电池的两极是由不同材料组成的。比如日常生活中所用的锌锰干电池,它的负极通常为锌,正极为碳棒。由于两个电极得失电子能力不同,负极锌的金属性强,易失去电子,发生氧化反应;正极四价的锰离子得到电子,发生还原反应。但是有些原电池两个电极材料完全相同,只是由于电解质溶液中离子浓度的不同发生氧化还原反应,产生电流。这就是浓差原电池。
  那么什么是浓差电池呢?两种不同浓度的某金属离子的溶液分别与该金属所形成的两个电极可以组成一个原电池,这种电池称为浓差电池。
  浓差电池的两个电极材料完全相同,电极反应也相同。我们又该如何确定它的正负极呢?我们先通过一道例题来看一下这种问题的解法。
  有下列原电池:
  


  试确定该原电池的正负极。
  先假定三价铁离子(Fe3+)浓度为0.01的为原电池的负极。根据能斯特方程:
  可分别得到两个电极的电极电势为:
  正极:
  


  负极:
  


  


  由于E>0,所以以上氧化还原反应可以自发进行,也就是说以上原电池的负极是三价铁离子(Fe3+)浓度为0.01mol·dm-3的电极。
  因此,对于浓差电池我们可以通过下列三个步骤来确定它的电极的正负极。
  第一步,假定任意一个电极为负极,则另一电极就是正极。依据能斯特定律,分别写出正负极的电极电势计算式。
  正极:
  


  负极:
  


  第二步,利用计算原电池的电动势。
  第三步,利用氧化还原反应可以自发进行的判据E>0判断。当第二步所计算出的E>0,则前面假设的正负极就是待求原电池的正负极;当第二步所计算出的E<0,则前面假设的正负极刚好与待求原电池的正负极相反。
  用以上步骤和方法,可以对常见的几类浓差电池正负极情况总结如下:
  


  一、 电极材料参加氧化还原反应,如 电池,则氧化态离子浓度较大的电极为正极。
  二、 电极材料为惰性电极,即电极材料不参加氧化还原反应,如电池,则
  


  1.当还原态离子浓度相等(即)时,则氧化态离子浓度较大的电极为正极。
  2.当氧化态离子浓度相等(即)时,则还原态离子浓度较小的电极为正极。
  3.当氧化态、还原态离子浓度各不相等时,则氧化态与还原态离子浓度的比值(即c2/c1或c4/c3)较大的电极为正极。
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