①、④两极自发反应形成电源的两极,整体看起来C池、B池为串联的两个电解池发表论文。为什么会形成串联的两个电解池?铜导线导电的过程和结果概述如下。
C池ZnSO4杯:负极Zn片上的锌原子失去电子成为Zn2+进入溶液中(电子流到正极Cu片上虹吸管,Cu2+获得电子沉积为Cu,形成了Zn-Cu原电池两极),使Zn电极周围的ZnSO4溶液中Zn2+过多,溶液带正电荷,Zn片与铜导线之间溶液存在液接电势差(同理B池铜导线与Cu片之间溶液也存在液接电势差,这样就形成了B、C两个串联电解池的闭合回路),H+在铜导线c极放电形成H2,促进水电离产生OH-,铜导线c极处溶液呈碱性。
B池CuSO4杯:在正极上,Cu2+获得电子沉积为Cu,使铜电极周围的CuSO4溶液中Cu2+过少,SO42-过多,溶液带负电荷,铜导线与Cu片之间溶液存在液接电势差,溶液中的OH-在铜导线放电形成O2,促进水电离产生H+,铜导线b极处溶液呈酸性。
[实验5]的铜导线与[实验4]的盐桥不同,这是一个原电池、电解池自耗的过程,金属导线实际不能代替盐桥使用。
实验5的原理与结论是否正确,可用下列实验来证明。
2.2铜导线在“导电”时形成了电解池
[实验6]:在实验5中(图4或图5)C池铜导线c顶端用长滴管注入酚酞试液,B池铜导线b顶端用长滴管注入石蕊试液,观察现象。
理论推测实验6的现象应能观察到铜导线两顶端附近的溶液均呈红色(铜导线b极处产生H+,溶液呈酸性,石蕊试液呈红色;铜导线c极处产生OH-,溶液呈碱性,酚酞试液呈红色),均有气泡生成(b极O2,c极H2),C池内有白色沉淀生成(Zn2+ + 2OH-= Zn(OH)2↓)。
实际上,由于Zn-Cu原电池的微弱虹吸管,且不能产生持续电流(实验5观察到的现象是电流迅速减小到6mA,再慢慢减小),实验6设计的理论现象很难观察到,若把Zn-Cu原电池电流变大,即使用外加电源,是否能有现象?
[实验7]使用低压学生电源(调至8V),Zn作负极,Cu作正极,按照实验6操作,按照图6接通线路,观察现象。
观察到铜导线两顶端附近的溶液均呈红色,均有气泡生成,左池ZnSO4杯内有白色沉淀生成。证明铜导线c顶端有OH-产生;铜导线b顶端有H+产生。证明铜导线在“导电”时发生了电极反应。
罗畅等老师在《电解饱和食盐水的意外现象及其探究》[4]一文中介绍,“在电解池的电解质溶液中放入一根金属棒或碳棒时,就相当于将原来的电解池转变为2个串联的电解池”,参见图7,与铜导线“金桥”实验(图6)类似,可为佐证。
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参考资料:
[1]课程教材研究所.化学2(必修),普通高中课程标准试验教科书.北京:人民教育出版社,2007:41
[2]课程教材研究所.化学(选修4化学反应原理)教师教学用书,普通高中课程标准试验教科书.北京:人民教育出版社,2007:83
[3]李炳焕等.盐桥的作用是什么.化学教育.2001,11:40
[4]罗畅等.电解饱和食盐水的意外现象及其探究.化学教育,2010,6:69
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