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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 电化基础 » 求助简单原电池的一个小问题
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lzb7758520

铁杆木虫 (著名写手)

[求助] 求助简单原电池的一个小问题

一个小问题突然想不明白，希望大家不吝赐教！
一个简单的原电池原理问题，一锌片与铜片用导线连接后放于硫酸溶液中，铜片上会产生氢气，为什么锌片直接接触溶液不会产生氢气呢？电子为什么去铜片上还原氢离子？？？
我以前也是从课本中知道，这是原电池，锌片活泼性大于铜片，导线连接后电子会跑到惰性电极铜片上，感觉还是没说明白，就告诉我们这就是原电池的原因。可是既然锌也能直接还原氢离子，为什么电子大老远跑到铜片上呢？

[ Last edited by lzb7758520 on 2012-7-23 at 09:55 ]
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梦想不能当饭吃啊
1楼2012-07-23 09:29:45
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

daoying

金虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

★ ★
感谢参与，应助指数 +1
lzb7758520: 金币+2, ★★★很有帮助, 那就是说铜那边的电势高吗？ 2012-07-23 12:17:29
导线连通Zn和Cu后，Zn和Cu以及电解质溶液构成一个通路，电子在Cu、Zn和溶液之间可以自由运动，电子在Zn上的势能比在Cu上的势能高，所以电子会从Zn转移到Cu上，电子转移到Cu上后势能又比在电解质溶液中H+上的势能高，所以进一步转移到H+上，生成氢气~
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2楼2012-07-23 10:23:14
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Jackcd12

至尊木虫 (知名作家)

【答案】应助回帖

★ ★
感谢参与，应助指数 +1
lzb7758520: 金币+2, ★★★★★最佳答案, 谢谢很有帮助~ 2012-07-23 12:21:19
首先说明一下，物理学和化学中定义金属的活泼性使用不同的术语。
两块金属因费米能级和功函数不同，当它们接触（你这里用导线连接一样）时，因电子逃逸出表面所需能量不同，两表面之间就建立起了所谓的接触电势差。有了这种类似于水从高位自然流向低位的势能差后，为达到平衡，电子就会从一中金属流向令一金属。同时，两金属的费米能级（填满电子的能带）高低不同，这相当于两瓶装有不同高度的水，当用管子连接这两个瓶子时，因水位势能差的存在，高水位就会自然流向低水位一方。因此，Zn和Cu接触（用导线连接）时，Zn上的电子就自然跑到Cu表面，直到费米能级相等（水位高度相同）。如果这两块接触的金属不是在真空中，而是浸泡在水溶液中，这时，溶液中的氧化还原电对的能量高度与金属的费米能级高度又不同，在化学上习惯用电化学电位来表达。溶液中的H+/H2的能级位于Cu导带之下，就是说，只有H+能够接受Cu导带上的电子，于是就发生了你看到的现象。
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Themoreamanlearns,themoreheknowshisignorance!
3楼2012-07-23 10:26:59
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lzb7758520

铁杆木虫 (著名写手)
引用回帖:
2楼: Originally posted by daoying at 2012-07-23 10:23:14
导线连通Zn和Cu后，Zn和Cu以及电解质溶液构成一个通路，电子在Cu、Zn和溶液之间可以自由运动，电子在Zn上的势能比在Cu上的势能高，所以电子会从Zn转移到Cu上，电子转移到Cu上后势能又比在电解质溶液中H+上的势能高， ...

可不可以这样说：铜那边的电势高？
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梦想不能当饭吃啊
4楼2012-07-23 12:18:12
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lzb7758520

铁杆木虫 (著名写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by Jackcd12 at 2012-07-23 10:26:59
首先说明一下，物理学和化学中定义金属的活泼性使用不同的术语。
两块金属因费米能级和功函数不同，当它们接触（你这里用导线连接一样）时，因电子逃逸出表面所需能量不同，两表面之间就建立起了所谓的接触电势差。 ...

单纯考虑水溶液的情况，那我是不是可以这么说，铜电极的电势高些，因此电子往铜那边跑？
还有如果我把铜换成惰性电极，例如碳电极，一些导电的半导体，怎么解释好些？
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梦想不能当饭吃啊
5楼2012-07-23 12:25:09
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electriclcj

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★
感谢参与，应助指数 +1
lzb7758520: 金币+1, ★★★很有帮助, 谢谢！ 2012-07-24 08:19:15
这个问题应该这样想,当铜金属和锌接触后,照样还是锌失电子,只不过是所失电子更容易从导线上走而不走溶液,应为导线的电阻更小,所以电子旧沿着导线流到了铜金属上,而后在与溶液中的氢离子结合生成氢原子,两个氢原子结合生成氢分子.如果是这样的话,那么析氢的过电势将会改变,因为析氢场所变了.
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6楼2012-07-23 13:01:39
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Jackcd12

至尊木虫 (知名作家)

【答案】应助回帖

可以认为Cu的电势高。
对导电的惰性电极，与Cu电极类似，但它们的导带能级及电子离开导体表面的难易程度不一样，再加之H及H2在表面的吸附脱附不一样，最终释放H2的能力会不一样的。
至于半导体，那就大不一样了。半导体表面存在空间电荷层和表面态，对冲入的电子影响很大，而且，这时的电子不像在金属表面的浓度低于在金属表面，且不容易释放，需要足够的能量才有可能与溶液中的氧化剂交换电子。这涉及到半导体电化学方面的许多知识，有兴趣的话，可看看半导体电化学的专著。
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Themoreamanlearns,themoreheknowshisignorance!
7楼2012-07-23 13:27:58
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lzb7758520

铁杆木虫 (著名写手)
引用回帖:
2楼: Originally posted by daoying at 2012-07-23 10:23:14
导线连通Zn和Cu后，Zn和Cu以及电解质溶液构成一个通路，电子在Cu、Zn和溶液之间可以自由运动，电子在Zn上的势能比在Cu上的势能高，所以电子会从Zn转移到Cu上，电子转移到Cu上后势能又比在电解质溶液中H+上的势能高， ...

是不是能这么理解，这个电子来自Zn，因此其势能跑到铜电极上其能量仍大于溶液中H+上的能级，因此H+被还原，这时候考虑铜电极只是一个传导介质？
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梦想不能当饭吃啊
8楼2012-07-24 08:13:07
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lzb7758520

铁杆木虫 (著名写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by Jackcd12 at 2012-07-23 10:26:59
首先说明一下，物理学和化学中定义金属的活泼性使用不同的术语。
两块金属因费米能级和功函数不同，当它们接触（你这里用导线连接一样）时，因电子逃逸出表面所需能量不同，两表面之间就建立起了所谓的接触电势差。 ...

嗯，谢谢你的解答，你看我这么理解对不对。首先是两个金属上的电子因为有势能差，Zn上的势能要大于铜上面的势能，因此，电子通过导线从锌上转移到铜上面。当放在硫酸溶液中时，电子转移到铜电极时，其势能仍是大于水中的H+/H2的能级，因为此时电子在铜的导带上，相当于传导电子的介质，因此H+能被还原。
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梦想不能当饭吃啊
9楼2012-07-24 08:18:38
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Jackcd12

至尊木虫 (知名作家)
大致可以这样理解
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10楼2012-07-24 09:05:26
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