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铁-铜原电池 微观模型
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Fe电极 负极 Cu电极 正极 Fe²⁺ H₂ 0 + G e⁻ → → e⁻ H⁺ H⁺ H⁺ H⁺ SO₄²⁻ SO₄²⁻ 稀硫酸 铁-铜原电池装置示意图
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铁-铜原电池 四大构成要素

以铁-铜原电池为例,点击高亮区域逐步探究

电极材料

Fe负极 / Cu正极

电极反应物

Fe(还原剂)H⁺(氧化剂)

电子导体

导线与G表(外电路传导电子)

离子导体

电解质溶液(内电路)

铁-铜原电池原理

Fe(活泼)做负极失电子   Cu(不活泼)做正极得电子

电极材料
定义

电极材料是容纳电极反应发生的场所,为反应物提供得失电子的界面。

本装置

使用铁(Fe)做负极铜(Cu)做正极。Fe比Cu活泼,更容易失去电子。

核心要求

需要两种活泼性不同的导体作为电极,活泼性差异是产生电流的根本原因。

关键理解

Fe比Cu活泼,Fe会优先失去电子,因此Fe做负极,Cu做正极。

活泼性差异Fe负极Cu正极导电性
电极反应物
定义

参与氧化还原反应的物质——还原剂(失电子)和氧化剂(得电子)。

负极反应

Fe在负极失去电子(氧化反应):

Fe − 2e⁻ = Fe²⁺
正极反应

H⁺在正极得到电子(还原反应):

2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑
总反应
Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑

Fe失去电子变为Fe²⁺进入溶液,H⁺在Cu表面得到电子生成H₂

Fe失电子H⁺得电子氧化还原
电子导体
定义

导线和G表(检流计),构成外电路,使电子从负极定向移动到正极,同时G表检测电流方向和大小。

工作原理

电子从Fe(负极)经导线和G表流向Cu(正极),G表指针右偏表示检测到电流。

关键

电路必须闭合,电子才能持续流动,电流方向与电子运动方向相反。

导线G表外电路定向移动闭合回路
离子导体
定义

电解质溶液,构成内电路,离子定向迁移传导电荷。

本装置

使用稀硫酸(H₂SO₄)

离子迁移

H⁺向正极(Cu)迁移,在Cu表面得电子生成H₂;SO₄²⁻向负极(Fe)迁移

电解质溶液内电路离子迁移