電化學(xué)之原電池和電解池的比較

張而立

原電池的反應(yīng)原理，一般來說是負(fù)極材料與電解質(zhì)溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，特殊的原電池則需要特殊對(duì)待，如燃料電池，就要考慮電解質(zhì)溶液的環(huán)境，從而進(jìn)一步根據(jù)總反應(yīng)來書寫電極反應(yīng)。而電解池則需要注意陽極材料，如果陽極是活性金屬，則電極材料失電子放電，除此之外，均是陰陽離子在兩個(gè)電極上的放電反應(yīng)。陰陽離子的放電順序如下：（1）離子的氧化性順序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸中的H）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水中）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

（2）離子還原性順序：活潑金屬原子>S2->SO 2-3>I->Fe2+>Br->Cl->OH->SO2-4>NO3->F-

例采用燃料電池為電源，以惰性材料為電極來電解物質(zhì)的量之比為3∶1的NaCl和

H2SO4的混合溶液。如圖1所示，請(qǐng)寫出各步的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)，并標(biāo)出電子電流流動(dòng)方向；分析電解過程中電解質(zhì)溶液pH的變化情況，同時(shí)進(jìn)一步考慮，欲使溶液恢復(fù)原來的濃度和pH，需要加入什么物質(zhì)？所加入物質(zhì)的物質(zhì)的量是多少？

原電池的負(fù)極失去電子正極得到電子，而電解池的陽極失去電子陰極得到電子。故電子流動(dòng)方向?yàn)椋篊1→C4和C3→C2；電流和電子流動(dòng)方向恰好相反，所以電流的流動(dòng)方向?yàn)椋篊4→C1和C2→C3。而在電解質(zhì)溶液中不存在電子和電流，在其溶液中，是陰陽離子的定向移動(dòng)形成了電流，進(jìn)而產(chǎn)生電子流向。

與原電池正極相連的電極為陽極，與負(fù)極相連的為陰極。構(gòu)成電解池，兩個(gè)電極均為惰性材料-碳，電解物質(zhì)的量之比為3∶1的NaCl和H2SO4的混合溶液，根據(jù)兩個(gè)電極附近的陰陽離子放電順序及混合溶液的電解所得到的電極產(chǎn)物，電解過程可明顯分為三個(gè)階段。

電解時(shí)，首先是HCl溶液提供的H+、Cl-放電，生成H2和Cl2；其次是NaCl溶液提供的H+、Cl-放電，生成H2、NaOH和Cl2；最后是Na2SO4溶液，實(shí)際上電解水，生成H2和O2。由于第一個(gè)階段消耗H+，第二個(gè)階段產(chǎn)生OH-，第三個(gè)階段是電解水，c（OH-）=n（OH-）V，隨著電解的進(jìn)行，n（OH-）不變，而溶液的體積V不斷的減小，故溶液的c（OH-）不斷增大，pH不斷增大。

欲使電解后的溶液恢復(fù)至原來的濃度和pH值，電解出什么物質(zhì)加入什么物質(zhì)，加入的物質(zhì)是陰陽兩極的化合產(chǎn)物，故在每個(gè)電解階段，加入的物質(zhì)分別為HCl氣體、HCl氣體和H2O，其物質(zhì)的量是電解出多少加入多少。所以加入的物質(zhì)是一定濃度的鹽酸溶液。

（收稿日期：2016-10-18）