当原电池放电,在外电路中有电流通过时,其电极电势的变化规律是()A. 阴极电势降低B. 正极电势降低C. 阳极电势升高D. 负极电势升高
A. 阴极电势降低
B. 正极电势降低
C. 阳极电势升高
D. 负极电势升高
题目解答
答案
A. 阴极电势降低
C. 阳极电势升高
解析
本题考查原电池放电时电极电势的变化规律,解题思路是根据原电池的工作原理,分析分析放电过程中电极上发生的的反应反应以及离子浓度的变化,再结合能斯特方程来判断电极电势的变化。
1. 明确原电池的基本概念
在原电池中,负极发生氧化反应,失去电子;正极发生还原反应,得到电子。同时,阳极是发生氧化反应的电极,阴极是发生还原反应的电极,所以在原电池中,负极就是阳极,正极就是阴极。
2. 分析负极(阳极)阳极的情况
负极(阳极)发生氧化反应,电极反应式可表示为$M \to M^{n + }+ne^-$。随着反应的进行,负极(阳极)表面的金属$M$不断溶解,使得溶液中金属离子$M^{n +$的浓度$c(M^{n + })$逐渐增大。
根据能斯特方程,对于电极反应$M^{n + + ne - \rightleftharpoons M$,其电极电势$\varphi$的表达式为$\varphi=\varphi^{\ominus+\frac{RT}{nF}\ln\frac{c(M^{n + })}{1}$($\varphi^{\ominus}$为标准电极电势,$R$为气体常数,$T$为温度,$n$为转移电子数,\(F)为法拉第常数)。
当$c(M^{n + })$增大时,$\ln\frac{c(M^{n + })}{1}$的值增大,所以$\varphi$增大,即阳极电势升高。
3. 分析正极(阴极)阴极的情况
正极(阴极)发生还原反应,电极反应式可表示为$N^{m + }+me - \to N$。随着反应的进行,正极(阴极)表面的金属离子$N^{m + }$不断得到电子被还原成金属,使得溶液中金属离子$N^{m + }$的浓度$c(N^{m + })$逐渐减小。
根据能,对于电极反应$N^{m + }+ me - \rightleftharpoons N$,其电极电势$\varphi$的表达式为$\varphi=\varphi^{\ominus}+\frac{RT}{mF}\ln\frac{c(N^{m + })}{1}$。
当$c(N^{m + })$减小时,$\ln\frac{c(N^{m + })}{1}$的值减小,所以$\varphi$减小,即阴极电势降低。