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原电池反应一定必须是氧化还原反应么?答案是否定的。有几种原电池的电池反应不是氧化还原反应,如:
一、酸碱中和反应
酸碱中和反应:H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l),可以以H2或O2作为“中间产物”,电极可以为酸性溶液中的氢电极、碱性溶液中的氢电极、酸性溶液中的氧电极以及碱性溶液中的氧电极。
1.以H2为中间产物
正极是酸性氢电极(将铂片表面镀上一层多孔的铂黑,放入酸溶液中,以下类似,略),负极是碱性氢电极。电极反应和电池反应如下:
正极: 2H+(aq)+ 2e- = H2(g)
负极: H2(g)+ 2OH-(aq) -e- = 2H2O
电池总反应: H+(aq)+ OH-(aq) = H2O(l)
由此设计组装的原电池可表示为:Pt,H2(g)∣OH-(aq)‖H+(aq)∣H2(g),Pt
2.以O2为中间产物
负极是碱性氧电极,正极是酸性氧电极。电极反应和电池反应如下:
正极: O2(g)+ 4H+(aq) + 4e- = 2H2O
负极: 4OH-(aq) -4e- = O2(g) + 2H2O
电池总反应: H+(aq)+ OH-(aq) =H2O(l)
由此设计组装的原电池可表示为:Pt,O2(g)∣OH-(aq)‖H+(aq)∣O2(g),Pt
二、沉淀反应
如沉淀反应:Ag+(aq)+ Cl-(aq) =Ag Cl(s),在设计组装原电池时,可选择金属银作中间产物,正极是氯化银难溶盐电极,负极是金属银电极。电极反应和电池反应如下:
正极: Ag++ e- = Ag
负极: Ag -e- + Cl-(aq) = AgCl
电池总反应: Ag+(aq)+ Cl-(aq) = AgCl(s)
由此设计组装的原电池可表示为:Ag,AgCl∣Cl-(aq)‖Ag+(aq)∣Ag
三、沉淀转化
如反应:AgCl(s)+ I-(aq) = AgI(s)+ Cl-(aq),在设计组装原电池时,可选择金属银作中间产物,正极是碘化银难溶盐电极,负极是金属银电极。电极反应和电池反应如下:
正极: AgCl(s)+ e- = Ag + Cl-(aq)
负极: Ag -e- + I-(aq) = AgI(s)
电池总反应:AgCl(s)+ I-(aq) = AgI(s)+ Cl-(aq)
由此设计组装的原电池可表示为:Ag,AgI∣I-(aq)‖Cl-(aq)∣AgCl,Ag
四、溶解过程
AgI在水中溶解过程:AgI(s) ⇌ Ag+(aq)+ I-(aq),设计组装原电池时,可选择金属银作为中间产物,正极是碘化银难溶盐电极,负极是金属银电极。电极反应和电池反应如下:
正极: AgI +e- = Ag + I-(aq)
负极: Ag –e- = Ag+(aq)
电池总反应: AgI(s) ⇌ Ag+(aq) + I-(aq)
由此设计组装的原电池可表示为:Ag∣Ag+(aq)‖I-(aq)∣Ag I,Ag
从以上分析可以看出: 原电池对应的具体化学反应,可以是氧化还原反应,也可以是非氧化还原反应,甚至可以是物理变化过程,但是在整个放电反应过程中,还是需要有电子转移的反应才行。设计组装原电池时,可以根据某特定元素找到合适的中间产物,把原电池反应“拆分”为氧化半反应和还原半反应,即可设计组装为原电池。因此,对原电池反应的正确认识——整体反应不一定是氧化还原反应,单个反应(半反应)过程还必须是氧化反应或还原反应。