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物理化学考研(物理化学考研学校排名) _考研网上辅导班有用吗

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物理化学考研,物理化学考研学校排名

摘要:典型铜、锌原电池的反应机理是硫酸铜溶液中的硫酸根离子更容易(和銅离子相比)“抢”锌中的“锌离子”结合,即硫酸锌更稳定。硫酸根离子“抢”锌棒中的“锌离子”的过程,就是形成等离子体的过程。锌中的“锌离子”向锌棒表面(被硫酸铜溶液浸泡的表面)运动,锌棒和铜棒通过导线连接是一个统一的导体,“锌离子”向锌棒表面运动的同时,形成锌棒正电、铜棒负电的等离子体。电源等离子体在溶液中传递,铜、锌两极存在于稀CuSO4溶液,由于锌比铜活泼,容易失去电子,锌被氧化成Zn2+进入溶液,由于电流的速度是光速,远远大于化学反应的速度,所以锌棒失去的电子只能过导线“流向”铜棒,溶液中的Cu2+从铜棒获得电子,被还原成銅原子。电源是等离子体,电流是电源等离子体在导体中的传递,即导体中流动的电流就是电源等离子体的特性——电子相对地脱离原子核的正常吸引,整体还是中性的,既不带正电,也不带负电。
关键词:等离子体,原电池,电源,氧化,还原

关于化学键、原电池、电解池反应原理,归结为一点,就是电化学反应、化学反应的电子是如何转移的。电子如何转移这一过程,科学界还没有实验观察结果,也没有严格的理论推导,尤其是电化学理论都是根据电化学现象的推测,电化学反应的电子是如何得失的、为什么会在原电池的两极发生化学反应解释不清,都是模糊的理论推测,有这个事实(电化学反应),形成这个事实的机理说的不够清晰,要解释清楚电化学反应的机理,单纯的化学原理是不够的,必须借助物理原理,并且必须重新认识电源的物理形成过程,才能得到合理的解释。分析如下:

虽然电解、电镀是原电池的逆过程,但是其物理过程相似。下面我以化学能转化为电能——原电池的机理说明电化学反应的实质。最典型的原电池是銅、锌原电池。銅、锌原电池——电解质溶液是硫酸铜溶液、阴、阳两极分别为锌棒和铜棒,将锌棒和铜棒用导线连接起来,放入硫酸铜溶液,即形成原电池,并且行程了闭合电路。

这里我们重点阐述一下电源形成机理。其实,电源、电流、电场的本质是等离子体的形成。我们知道,等离子体又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质,它广泛存在于宇宙中,常被视为是除去固、液、气外,物质存在的第四态。等离子体的主要特征就是,电子相对地脱离原子核的正常吸引,整体还是中性的,既不带正电,也不带负电。我们仔细分析电源就是人为形成的等离子体,等离子体规律排列,正、负电荷分别分布在物体不同位置,存在离开原来平衡位置的电场力,并且等离子体可以是固态、液态、气态,这一特性和能充当电源的物体相适应,也是是说,等离子状态是不稳定的,是能量较高的状态是物质的特殊形态。势必又恢复原来状态的趋势,同时放出能量,在等离子体两端用导线连接起来就是一种方法——闭合电路,等离子体较高的能量就能通过放电的方式释放,随着放电过程等离子体状态的消失,其电源特性也消失,最后等离子体过渡到普通物体。带电荷的平板电容器类似一个等离子体,显然,带电荷的平行板电容器是一个电源。或许您认为这一理论只能解释直流电和电源的关系,交流电不适用。其实,直流电是交流电的特例,直流电是周期无穷大的交流电,和数学的直线可以理解为直径无穷大的圆一样的道理。

电源是等离子体,电流是电源等离子体在导体中的传递、扩散,即导体中流动的电流就是电源等离子体的特性——等离子体形式流动、移动,也就是说,电流是电源形式的传递,传递的是电源的形式,电子并在导体以光速传播。从某种意义上讲,电流是以波的形式传播的,就好像波的质点不随波迁移一样,电子也只是偏离原来的平衡位置,并不是随着电流一起“流动”,电流“流动”的是电源的形式。

铜、锌原电池的反应机理,由于硫酸铜溶液中的硫酸根离子更容易(和銅离子相比)“抢”锌棒中的“锌离子”(还不是锌离子,只是极性锌原子)结合,即硫酸锌更稳定。硫酸根离子“抢”锌棒中的“锌离子”的过程,就是形成等离子的过程。锌棒中的“锌离子”向锌棒向锌棒表面(被硫酸铜溶液浸泡的表面)运动,又因为锌棒和铜棒用导线连接——是一个统一的导体,“锌离子”向锌棒表面运动的同时,即形成锌棒端显正电、铜棒端显负电的等离子体。此时还没有形成原电池,只是形成原电池的前奏——“锌离子”只是向锌棒的表面运动、电子向铜棒表面运动,即形成极性等离子体,几乎与此同时,锌棒表面的“锌离子”失去电子被氧化,锌离子进入硫酸铜溶液;这个过程由于电流的速度是光速,远远大于化学反应的速度,所以锌棒失去的电子只能过导线“流向”铜片,溶液中的Cu2+从铜棒获得电子,被还原成銅原子,即只能在等离子体两端(铜棒、锌棒)发生氧化还原反应。也就是说,溶液中的銅离子在铜棒获得电子被还原,形成銅原子。即电源极性等离子体在溶液中传递、扩散。铜、锌两电极,一同浸入稀CuSO4时,由于锌比铜活泼,容易失去电子,锌被氧化成Zn2+进入溶液,电子由锌片通过导线“流向”铜片,溶液中的Cu2+从铜片获得电子,被还原成銅原子。两极发生如下反应:

正极:Cu2+ +2e=Cu(硫酸铜溶液为电解质溶液)

负极:Zn-2e=Zn2+

总反应是:Zn+Cu2+=Zn2++Cu

这样化学能转化为电能——原电池形成。至于电镀、电解将此过程倒推即可,这里不再赘述。

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