7. 电解液导电的模型建立.doc

电 解 液 导 电 模 型 的 建 立关 键 词：电解液、模型、阴阳离子内容摘要：电解液导电时通过某一截面的阴阳离子的电荷量与通过截面的电流的问题分析。正 文：高中物理中关于电流的定义式为。在电解液导电的问题分析中由于电解液内部时间内通过某一截面的阴阳离子的电荷量分别为、，而时间内通过导线某一截面的电荷量为，那么、与的大小关系应该是怎样；与的关系又是怎样，学生不易理解。为了解决这个问题，我们可以利用高中知识建立一个模型来定量的分析，使学生得到比较接近实际的认识。q电解液图1q2q1BAA1首先，我们讨论金属导线上的一任意截面的导电情形。如图1所示为电解液导电的电路，A为金属导线上的一截面，安培表示数为，时间内通过A截面的电荷量为，根据定义可以得到在A截面有：。下面再来讨论电解液导电情形：如图1所示，B为电解液中的任意截面，时间内通过B截面的阳离子电量为，通过B截面的阴离子电量为。有的同学认为根据电路的性质可知，通过B截面的阳离子与阴离子定向移动的方向相反，时间内向左穿过B截面的阴离子相当于向右穿过B截面的阳离子，这样穿过B截面的阳离子电荷量，液体中的电流为；但是，也有同学认为在时间内阴阳两极同时得到相同的电荷量，阳极得到的电子通过金属导线转移到阴极与阳离子中和，相当于整个回路中只转移了一种离子的电量，电流的计算公式应该是，这里。那么到底应该怎样分析呢？图2vvDCB+E 先给电解液导电情形建立一个简单的物理模型：如图2所示，插入电解液中的两个电极之间形成匀强电场（有向实线），液体中均匀分布着一价的阴“。”阳“.”离子，阴阳离子在电场力的作用下在极短的时间内达到某一定向移动速度，这时阴阳离子受到的电场力与阻力平衡，阴阳离子以速度匀速相向运动。这样，经过时间阴阳离子整体同步平移，穿过阳极附近的截面B（竖直虚线）的图3q2q1q1q2DCB+E 阴离子电荷量，穿过阴极附近的截面D（竖图4q2q1DCB+E 直虚线）的阳离子电荷量，穿过电解液中间截面C（竖直虚线）的阴阳离子的电荷量分别为、，阴阳两极发生氧化-还原反应，金属导线中迁移的电荷量为，由氧化-还原反应中电子守恒得，电解液中电流。若再过较长一段时间，电解液中阴阳离子分布如图4所示，同样取时间，在时间内穿过阳极附近的截面B的阴离子电荷量，穿过阴极附近的截面D的阳离子电荷量，穿过电解液中间截面C的阴阳离子的电荷量均为零，金属导线中迁移的电荷量为，同理由氧化-还原反应中电子守恒得，通过B、D截面的电流，回路中的电流就不能用时间内穿过C截面的电荷量来计算了。结论：1、若电解液内某一截面中有阴阳离子通过，则相等时间内通过截面的阴阳离子电荷量相等，即，则电解液内电流，。2、若时间内穿过某一截面的某种离子（阴离子或阳离子）的电荷量为，则电解液内电流，。3、若时间内穿过阴极或阳极附近截面的电荷量为，则电解液内电流。虽然电解液导电情形远非这样简单，但是在电极不参与反应的情况下根据法拉第定律以上结论成立。参考文献：电化学南京大学 傅献彩