关于此实验
原电池将化学反应转化为电能。将锌放入硫酸锌溶液、将铜放入硫酸铜溶液，用导线连接两种金属，并用盐桥连接两种溶液，电子就会从锌流向铜。每种金属都有失去电子的倾向，可用其电极电势来衡量；两者之差就是电压。将不同金属配对，改变溶液浓度和温度，然后连接负载，观察反应进行时电池逐渐放电。
学习目标
- 判断原电池中的阳极、阴极以及电子流动方向
- 根据标准电极电势计算标准电池电势
- 写出电池的半反应方程式和总反应方程式
- 使用能斯特方程解释浓度和温度如何改变电压
- 解释盐桥的作用，以及电池为什么最终会耗尽
使用方法
- 1将锌和铜的浓度都设为1 M，读取电压表数值。将其与 E°(Cu²⁺/Cu) - E°(Zn²⁺/Zn) 进行比较。
- 2将铜换成银，然后将另一侧的电极换成镁。哪一组产生的电压最大？每种情况下哪个电极是阳极？
- 3换回锌和铜。将铜离子浓度降至0.01 M。电压变化了多少？与能斯特方程进行比较。
- 4两侧都放铜，浓度分别设为1 M和0.001 M。为什么两个电极都是同一种金属，仍会产生电压？
- 5点击“连接负载并放电”。观察电极、铜溶液的颜色和电压图。电压何时会迅速下降？
- 6减小负载电阻。电流和电池的持续时间会如何变化？
模型
假设
- 电极电势采用 25 °C 下的标准值；能斯特方程中以浓度代替活度。
- 每个烧杯中装有 100 mL 溶液。盐桥具有电阻，与溶液电阻合并计为 2 Ω 的内阻。
- 电流不能超过扩散所能提供的量：阴极处每 1 mol/L 的离子浓度对应的电流上限为 2 A。因此，阴极离子耗尽后，电压会迅速下降。
- 忽略副反应，例如锌与溶液中的酸直接反应。电池放电时，时间以每秒相当于一小时的速度流逝。
在课堂上试试这个实验
- Q1列表中哪种金属的还原性最强？如何根据电极电势判断？
- Q2写出由镁和银组成的电池的总反应方程式。它的标准电池电势是多少？
- Q3移除盐桥后，电池为什么会停止工作？
- Q4锌铜电池的电压为什么在其使用寿命的大部分时间里几乎不变，随后却突然下降？
- Q5浓差电池两侧使用的是同一种金属。哪一侧是阴极？放电过程中，两侧溶液的浓度会发生什么变化？
常见问题
电解时阳极带正电，而原电池中的阳极为什么带负电？
氧化总是在阳极发生。在原电池中，氧化反应会将电子释放到金属中，因此阳极成为负极。在电解过程中，外部电源会从阳极抽走电子，因此阳极连接到正极。
盐桥有什么作用？
它允许离子在溶液之间移动，使每种溶液保持电中性，同时防止溶液混合。负离子移向阳极，正离子移向阴极。
接入负载后，电压表的读数为什么会下降？
有电流流过时，部分电动势用于推动电流通过电池的内阻。负载两端的电压等于电动势减去 I 与 r 的乘积。