將鋅片插入CuSO4溶液中,鋅片上的Zn原子失去電子成為Zn2+而溶解;溶液中的Cu2+得到電子成為金屬Cu在鋅片上析出,即發(fā)生如下的氧化還原反應(yīng):
反應(yīng)中電子從鋅原子轉(zhuǎn)移給銅離子。由于鋅片和硫酸銅溶液直接接觸,溶液中銅離子無秩序地自由運(yùn)動,使得
Zn和Cu2+之間電子的轉(zhuǎn)移是直接的、無序的,不能定向地形成電流,化學(xué)能都以熱的形式散失在環(huán)境之中。
如果我們采用一個(gè)裝置(圖6-1),使鋅原子上的電子不直接轉(zhuǎn)移給銅離子,而是使還原劑Zn失去的電子沿著一條金屬導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到氧化劑Cu2+上。這樣,在導(dǎo)線中就有電流通過。
圖6-1 銅鋅原電池
這個(gè)裝置是在盛有ZnSO4與CuSO4溶液的燒杯中分別插入鋅片和銅片。兩個(gè)溶液用鹽橋相連。鹽橋是一支U形管,通常充滿用KCL(或KNO3)飽和了的瓊脂膠凍。用導(dǎo)線聯(lián)接兩個(gè)金屬片,并在導(dǎo)線中串聯(lián)一個(gè)靈敏的電流計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)可以看到:
電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),說明金屬導(dǎo)線上有電流通過。根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向,可以確定鋅片為負(fù)極,銅片為正極。
鋅片開始溶解,而銅片上有金屬銅沉積上去。
取出鹽橋,電流計(jì)指針回到零點(diǎn),放入鹽橋,電流計(jì)指針又偏轉(zhuǎn)。
對上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可作如下分析:
鋅片溶解說明鋅片失去電子,成為Zn2+進(jìn)入溶液。
Zn→Zn2++2e-
電子由鋅片經(jīng)金屬導(dǎo)線流向銅片,溶液中Cu2+從銅片上得到電子成為銅原子在銅 片上析出。
Cu2++2e-→Cu
鹽橋的溝通電路,使反應(yīng)順利進(jìn)行。因?yàn)殡S著反應(yīng)的不斷進(jìn)行,在ZnSO4溶液中,Zn2+增多,溶液帶正電荷;在CuSO4溶液中,由于Cu2+變?yōu)镃u,Cu2+減少,溶液帶負(fù)電荷。這樣將阻礙Zn的繼續(xù)氧化和Cu2+的繼續(xù)還原。由于鹽橋的存在,其中CL-向ZnSO4溶液擴(kuò)散,K+則向CuSO4溶液擴(kuò)散,分別中和過剩的電荷,使兩溶液維持電中性,保證了氧化還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。