原電池中的鹽橋的作用與反應(yīng)本質(zhì).doc

1、。認(rèn)識(shí)原電池中的“橋”一、鹽橋的構(gòu)成與原理：鹽橋里的物質(zhì)一般是強(qiáng)電解質(zhì)而且不與兩池中電解質(zhì)反應(yīng)， 教材中常使用裝有飽和 KCl 瓊脂溶膠的 U形管，離子可以在其中自由移動(dòng)，這樣溶液是不致流出來的。用作鹽橋的溶液需要滿足以下條件：陰陽(yáng)離子的遷移速度相近； 鹽橋溶液的濃度要大； 鹽橋溶液不與溶液發(fā)生反應(yīng)或不干擾測(cè)定。鹽橋作用的基本原理是：由于鹽橋中電解質(zhì)的濃度很高 , 兩個(gè)新界面上的擴(kuò)散作用主要來自鹽橋 , 故兩個(gè)新界面上產(chǎn)生的液接電位穩(wěn)定。 又由于鹽橋中正負(fù)離子的遷移速度差不多相等 , 故兩個(gè)新界面上產(chǎn)生的液接電位方向相反、數(shù)值幾乎相等 , 從而使液接電位減至最小以至接近消除。常用的鹽橋溶液有：

2、飽和氯化鉀溶液、4.2mol/LKCl 、0.1mol/LLiAc和 0.1mol/LKNO3 等。二、鹽橋的作用：鹽橋起到了使整個(gè)裝置構(gòu)成通路、保持電中性的作用，又不使兩邊溶液混合。鹽橋是怎樣構(gòu)成原電池中的電池通路的呢？Zn 棒失去電子成為 Zn2+進(jìn)入溶液中，使 ZnSO4溶液中 Zn2+過多，即正電荷增多，溶液帶正電荷。 Cu2+獲得電子沉積為 Cu，溶液中 Cu2+過少， SO42-過多，即負(fù)電荷增多，溶液帶負(fù)電荷。當(dāng)溶液不能保持電中性，將阻止放電作用的繼續(xù)進(jìn)行。鹽橋的存在，其中Cl- 向 ZnSO4溶液遷移， K+向 CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以

3、繼續(xù)進(jìn)行。 鹽橋中離子的定向遷移構(gòu)成了電流通路， 鹽橋既可溝通兩方溶液， 又能阻止反應(yīng)物的直接接觸。 可使由它連接的兩溶液保持電中性 ，否則鋅鹽溶液會(huì)由于鋅溶解成為 Zn2+而帶上正電，銅鹽溶液會(huì)由于銅的析出減少了 Cu2+而帶上了負(fù)電。鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)移， 使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續(xù)進(jìn)行。 導(dǎo)線的作用是傳遞電子，溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通內(nèi)電路，保持電中性就是化學(xué)原電池的鹽橋起到電荷 “橋梁 ”的作用，保持兩邊的電荷平衡以防止兩邊因?yàn)殡姾刹黄胶猓ㄒ贿吺ル娮樱贿叺玫诫娮釉斐傻模┒璧K氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。三、鹽橋反應(yīng)現(xiàn)象：1、檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)（或小燈泡發(fā)光）

4、，說明有電流通過。從檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)的方向可以知道電流的方向是Cu極 Zn 極。根據(jù)電流是從正極流向負(fù)極，因此，Zn 極為負(fù)極， Cu精選資料，歡迎下載。極為正極。而電子流動(dòng)的方向卻相反，從Zn 極 Cu極。電子流出的一極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；電子流入的一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)。一般說來，由兩種金屬所構(gòu)成的原電池中， 較活潑的金屬是負(fù)極， 較不活潑的金屬是正極。其原理正是置換反應(yīng)，負(fù)極金屬逐漸溶解為離子進(jìn)入溶液。反應(yīng)一段時(shí)間后，稱重表明，Zn 棒減輕， Cu棒增重。Zn - 2e = Zn2+（負(fù)極）2+Cu+ 2e = Cu （正極）原電池發(fā)生原理是要兩極存在電位差，鋅銅原電池實(shí)際發(fā)生

5、的電池反應(yīng)是鋅與銅離子的反應(yīng)，銅片只起到導(dǎo)電作用，并不參與反應(yīng)。2、取出鹽橋，檢流計(jì)指針歸零，重新放入鹽橋，指針又發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明鹽橋起到了使整個(gè)裝置構(gòu)成通路的作用。鹽橋是裝有飽和 KCl 瓊脂溶膠的 U 形管，溶液不致流出來，但離子則可以在其中自由移動(dòng)。四、問題討論與疑問：1. 能用金屬來代替鹽橋嗎？答：不可以，在電路接通的情況下， 這個(gè)鹽橋只是整個(gè)回路的一部分， 隨時(shí)要保持電中性，瓊脂作為鹽橋因其中含有兩種離子， 可以與溶液中的離子交換， 從而達(dá)到傳導(dǎo)電流的目的，而且瓊脂本身可以容納離子在其中運(yùn)動(dòng)，液接電勢(shì)小；若用金屬作鹽橋 ( 已經(jīng)不能叫做鹽橋了 ) 電子流向一極后不能直接從另一極得到補(bǔ)充

6、，必然趨勢(shì)就是向另一極釋放金屬陽(yáng)離子或者溶液中的金屬陽(yáng)離子在電子流出的那一極得電子析出金屬， 這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與電池電勢(shì)相反的電勢(shì) ( 應(yīng)該算液接電勢(shì)的一部分 ) ，從而降低了整個(gè)電池的電勢(shì)。所以，光有自由電子是不夠的，應(yīng)該有一個(gè)離子的通道即 “鹽橋 ”2. 原電池電解液在兩燒杯中，兩燒杯間有鹽橋，是不是瓊脂中的鉀離子會(huì)進(jìn)入溶液？那么兩燒杯中的陰陽(yáng)離子能通過鹽橋嗎？答：雙液電池使用鹽橋目的就是為了消除液接電勢(shì) , 一般鹽橋中充滿著瓊脂。瓊脂作為鹽橋因其中含有陰陽(yáng)兩種離子， 鹽橋中的陰離子和陽(yáng)離子通過定向移動(dòng)進(jìn)入到陰極池和陽(yáng)極池從而達(dá)到傳導(dǎo)電流使雙液電池形成閉合回路的目的，所以鹽橋用一段時(shí)間就

7、會(huì)失效了，精選資料，歡迎下載。要重新浸到飽和食鹽水（或是KCl 溶液）里。兩燒杯中的離子會(huì)通過鹽橋的但不會(huì)太多，因這時(shí)兩池中的濃度差相對(duì)太小的緣故（此說法有待商榷，歡迎專家指導(dǎo)，謝謝）。3. 在有鹽橋的銅鋅原電池中，電解質(zhì)溶液的選擇為什么要與電極材料的陽(yáng)離子相同？如Zn 極對(duì)應(yīng)的是硫酸鋅，能不能是氯化鋅或者氯化鈉？鋅在負(fù)極失去電子，變成離子進(jìn)入溶液，電子沿外導(dǎo)線流到正極銅上面，硫酸銅溶液中的銅離子在正極上得到電子變成銅單質(zhì)析出。硫酸銅溶液中的陰離子通過鹽橋移動(dòng)到硫酸鋅溶液中，而形成回路。4. 在有鹽橋的銅鋅原電池中，電解質(zhì)溶液的選擇為什么要與電極材料的陽(yáng)離子相同？如Zn 極對(duì)應(yīng)的是硫酸鋅，能不

8、能是氯化鋅或者氯化鈉？答：可以的，如果該溶液中溶質(zhì)的陽(yáng)離子對(duì)應(yīng)的金屬單質(zhì)比電極強(qiáng)的話沒有問題。反正這邊發(fā)生的反應(yīng)只是 Zn 的溶解而已。但是如果比電極弱的話，例如硫酸銅，鋅就會(huì)置換出銅，在表面形成原電池，減少供電量。使用鹽橋就是為了避免這種情況，至于電解液要跟電極相同那是一個(gè)做題的技巧，具體問題具體分析就好了。5. 鋅與硫酸鋅溶液會(huì)反應(yīng)？請(qǐng)參閱 “電極電勢(shì) ”及“ 雙電層理論 ” 雙電層理論德國(guó)化學(xué)家能斯特（HWNernst ）提出了雙電層理論（electron double layer theory）解釋電極電勢(shì)的產(chǎn)生的原因。雙電層理論 : 膠核的靜電作用把溶液中的反離子吸附到其周圍。 受膠

9、核電位離子的靜電引力和反離子熱運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散作用、 溶液對(duì)反離子的水化作用， 反離子的濃度隨與固體表面距離增加濃度逐漸減少，分布符合 Boltzmann 分布。德國(guó)科學(xué)家 W. Nernst 對(duì)電極電勢(shì)產(chǎn)生機(jī)理作了較好的解釋。他認(rèn)為：當(dāng)把金屬插入其鹽溶液中時(shí)， 金屬表面上的正離子受到極性水分子的作用， 有變成溶劑化離子進(jìn)入溶液而將電子留在金屬表面的傾向。金屬越活潑、溶液中正離子濃度越小，上述傾向就越大。與此同時(shí)，溶液中的金屬離子也有從溶液中沉積到金屬表面的傾向， 溶液中的金屬離子濃度越大、金屬越不活潑，這種傾向就越大。當(dāng)溶解與沉積這兩個(gè)相反過程的速率相等時(shí)，即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡：當(dāng)金屬溶解傾向大于金屬離

10、子沉積傾向時(shí)， 則金屬表面帶負(fù)電層， 靠近金屬表面附近處的溶液帶正電層，這樣便構(gòu)成“雙電層”。相反，若沉積傾向大于溶解傾向，則在金屬表面上形成正電荷層，金屬附近的溶液帶一層負(fù)電荷。由于在溶解與沉積達(dá)到平衡時(shí)，形成了雙電層，從而產(chǎn)生了電勢(shì)差，這種電勢(shì)差叫電極的平衡電極電勢(shì)，也叫可逆電極電勢(shì)。金屬的活潑性不同，其電極電勢(shì)也不同，因此，精選資料，歡迎下載?？梢杂秒姌O電勢(shì)來衡量金屬失電子的能力。電極電勢(shì)以符號(hào)E Mn+/ M 表示 ,單位為V(伏) 。 如鋅的電極電勢(shì)以EZn2+/ Zn 表示 ,銅的電極電勢(shì)以ECu2+/Cu 表示。實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)?Cu/Cu+的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為 +0.34V，而鋅與鋅離子的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為-0.76V ，所以銅作正極，鋅作負(fù)極。這就構(gòu)成了原電池。1、陰極上是陽(yáng)離子放電：依照的是金屬活動(dòng)順序表.