对原电池形成条件的思考

刘军红

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）06-0083-01

在选修与必修的衔接方面，必修2中介绍了原电池的装置和原理，归纳了形成原电池的条件。选修4在此基础上，介绍较复杂的带盐桥的原电池，进一步认识原电池的形成和反应原理，关注原电池的使用价值。关于原电池形成条件的教学，我有以下思考供各位同仁参考，不对之处敬请批评指正。

原电池的形成条件是：（1）有两个活动性不同的电极，（2）接触电解质溶液，（3）形成闭合回路。是否需要第四个条件：能发生自发的氧化还原反应。

听过一堂原电池的公开课，讲课的老师特地举了这样一个例子：下列装置能形成原电池吗？装置是：把一个铜片和一个碳棒用导线连接一起插入稀硫酸中。学生说不能，老师给的结论也是：不能。原因是：铜与稀硫酸不能发生氧化还原反应。由此他给出了形成原电池的第四个条件，即有能自发进行的氧化还原反应发生。

首先，这个结论的形成是否太片面？其实，实际演示一下，这个装置的导线中会有电流产生，电流计的指针会发生偏转，即可以形成原电池。

原电池反应的本质是氧化还原反应，既然形成了原电池，那么，这个装置中发生着一个什么样的氧化还原反应呢？

原电池是由两个半电池组成的，半电池中的每个电极的半反应都包括两类物质，一类是可以作还原剂的物质叫做还原态物质，例如（铜锌原电池中的锌半电池、铜半电池）锌半电池中的锌和铜半电池中的铜；另一类是可以做氧化剂的物质叫做氧化态物质，例如上述两个半电池中的锌离子和铜离子。

氧化态物质和相应的还原态物质形成氧化还原电对。根据组成氧化还原反应的两电对的电极电位可以判断氧化还原反应进行的方向。氧化剂电对的电极电位的代数值必须大于作为还原剂电对的电极电位，才能满足氧化还原反应自发进行的条件。查电极电位表可得：电对Cu₂+/Cu的电极电位为+0.3402伏，电对O₂＋H₂O的电极电位为+1.229伏。所以上述铜-石墨插入稀硫酸中形成的原电池，负极反应是Cu-2e-=Cu₂+,正极反应是O₂+4e-+4H+=2H₂O，电池总反应是2Cu+O₂+4H+= 2Cu₂++2H₂O。

我们都知道钢铁吸氧腐蚀的条件是钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性。设计成原电池的装置即是按照上面那位老师的理论这个装置也不能形成原电池了。那该如何理解吸氧腐蚀呢？我在授课过程中也让学生对此装置进行过判断，学生也认为铁和氯化钠溶液因不能发生氧化还原反应而不能形成原电池。由此看来对自发进行的氧化还原反应要有正确的理解。当用金属电极做原电池负极时（金、铂除外），正极可以是氧气得电子，即发生金属与氧气之间的氧化还原反应，此时的电解质溶液只起导电作用。如果我们仅根据表面上的金属和电解质溶液之间能否发生氧化还原反应来判断是否形成原电池，显然是不正确的。

只要是活动性不同的两种金属或一种金属和一种非金属或化合物，插入电解质溶液，形成闭合回路，就可以形成原电池了。像利用原电池原理制作的干电池、铅蓄电池、燃料电池都是满足这三个条件的。至于自发进行的氧化还原反应发生这一条件，并不是形成原电池的必要条件。一个能自发进行的氧化还原反应的判断也不是中学阶段的学习内容。即形成原电池只需要两个活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路即可，而一个原电池中一定发生着一个自发进行的氧化还原反应。