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电化学中离子移动的方向和数目
时间:2025-04-12 20:30:05
答案

  一、判定离子移动方向的总原则

  离子移动方向取决于两个因素,离子的扩散以及电场对离子的影响。离子运动方向主要由离子的扩散运动决定,一般从该离子浓度比较高的区域迁移到到浓度比较低的区域。离子由生成该离子的电极向消耗该离子的电极运动,因此根据电极反应方程式可以判断离子的移动方向。由于离子带有电荷,电场力对离子运动也有影响,但不是主要决定因素。

  二、原电池内离子移动方向

  在原电池中,阴离子一般在正极产生,负极消耗,所以阴离子从正极向负极运动;如在碱性氢氧燃料电池中,正极的电极反应是O₂+4e¯=4OH¯,负极的电极反应为2H₂+4OH¯-4e¯=4H₂O,所以离子移动方向是氢氧根由正极移向负极。阳离子一般在负极产生,正极消耗,所以阳离子从正极向负极运动离子是逆电动势方向运动的。如在酸性氢氧燃料电池中,正极的电极反应是O₂+4e¯+4H⁺=4H₂O,负极的电极反应为2H₂-4e¯=4H⁺,所以离子移动方向是氢离子由负极移向负极。

  总的来说,原电池装置中的离子是逆着电动势移动的,这也是化学能转化为电能的微观机制。阴离子向负极运动,阳离子向正极运动;但是导电离子的种类需要根据电极方程式判断。

  三、电解池内离子移动方向

  在电解池中,阳离子一般在阳极产生,阴极消耗,所以阳离子从阳极向阴极运动;在电镀铜时,阳极的电极反应为Cu-2e¯=Cu⊃2;⁺,阴极的电极反应是Cu⊃2;⁺+2e¯=Cu,因此铜离子从阳极向阴极移动。

  离子是顺电动势方向运动的。阴离子向阳极运动,阳离子向阴极运动;但是在电解氯化钠溶液中,氢氧根开始只是微量存在于水中,阴极的氢离子变成氢气,进而产生氢氧根,其电极方程式可以用2H₂O+2e¯=2OH¯+H₂表示。

  离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因为一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性,所以也称为离子选择透过性膜。在电解氯化钠溶液时,使用阳离子交换膜阻挡阴离子的运动,阴极产生的氢氧根离子被离子交换膜阻止不能运动到阳极,同时阳极的钠离子可以通过离子交换膜到达阴极,因此阴极形成氢氧化钠溶液。

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