对原电池中盐桥的进一步探究 论文

对原电池中盐桥的进一步探究摘要：高中教材中指出：双液电池中盐桥的作用是平衡电荷，连接内电路，形成闭合回路。原电池中对盐桥的使用不仅是技术的改进，更是打破旧思维的创新。不少教师对盐桥作用的解释还比较模糊，这就需要我们较为深入的了解盐桥的工作原理和盐桥的制作，无论是知识储备，还是课堂教学都是非常有必要的。 关键词：原电池，盐桥的作用，盐桥的制备

引言：针对部分教师对盐桥的解释还比较模糊的现状，本文对盐桥的基本作用、有无盐桥的实验进行了对比。具体解释了盐桥有效的降低液接电位，使原电池能持续、稳定的产生电流，并详细的介绍了如何自己动手制作盐桥。对于教师的教育教学具有一定价值。在高中化学的电化学一节中，很多教师对盐桥作用的解释比较模糊，一般就是介绍盐桥是沟通电路形成闭合回路。但是学生很容易产生疑问，因为不使用盐桥若用导线连接也可以形成闭合回路。我在以前的教学中就遇到学生如此的发问，鉴于此，我对盐桥进行了分析，以下是我对盐桥的作用的解读以及在教学中如何对盐桥开展的做法。一、盐桥的基本作用：平衡电何，够成闭合回路，形成电流实验1：将单液铜锌原电池中的硫酸铜溶液分放在两个烧杯中，分别插入锌片和钢片并用导线相连并接上灵敏电流计。现象表明没有形成电流，学生通过讨论便能对课本中电子为何不能从从锌片流向铜片提出合理解释深入理解。当锌原子失去电子形成锌离子而进入溶液时，溶液中因锌离子的数量增加而带正电；同时铜离子获得电子成为金属铜沉淀在铜片上，而使溶液中因铜离子的数目减少而带负电。这两种因素均会对从锌片流向铜片的电子产生足够的斥力，从而无法形成电流。继而引出要以“恰当方式连接”形成闭合回路。进一步引导学生要解决的是如何通过连接使两个烧杯中的电解质溶液中的离子能定向移动的问题。实验2：用充满饱和氯化钾或硝酸钾溶液的盐桥将两个烧杯中的溶液连接起来，注意电流计指针的偏转角度变化。 首先发现电流计指针偏转：随着上述实验时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，最终又没有电流通过。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。

通过本实验可知盐桥的基本作用：平衡电荷，够成闭合回路，形成电流。那为什么电流会很快的衰减?由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面被直接还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，就会使锌电极与表面置换出来的铜直接接触也构成了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，反应终止了就不会再有明显电流产生。若将取出电极擦拭除去锌片表面附着的铜，重新放回硫酸铜溶液中，灵敏电流计读数恢复仍可到初始值。 若能设法阻止溶液中的铜离子在锌电极表面还原就可让原电池持续、稳定的产生电流。 二、盐桥能有效降低液接电位，使原电池持续、稳定的产生电流

构成盐桥的材料一般是琼脂与饱和氯化钾溶液或者是琼脂与饱和硝酸铵溶液。一般多采用的是琼脂与饱和氯化钾溶液。其中的琼脂系自石花菜或其他种红藻类植物中浸出并经脱水干燥的黏液质。琼脂的作用是附着固定氯化钾或者硝酸铵。在两种溶液之间插入盐桥代替原来的两种溶液的直接接触，这是为了减小和稳定液接电位。那么什么是液接电位呢？当组成不同的两种电解质接触时，在溶液交接处，由于阴阳离子扩散通过界面的离子迁移速度不同，造成了正负电荷分离，形成的双电层产生了电位差。这样产生的电位差全称为液体接界扩散电位，简称液接电位。使用盐桥可有效的将液接电位减至最小，甚至消除。液接电位的产生会降低电源的供电效率，因此需要积极避免。反应中，钾离子要移向正极所处的电解质溶液，阴离子要移向负极所处的电解质溶液，来填补因原电池反应而导致的阴阳离子不守恒的问题，促使反应不断进行。在电场作用下，不同的阴阳离子，他们的迁移速率是不相同的。如果阴阳离子的迁移速率越相近，他们对原电池的影响就越小，而钾离子和氯离子的迁移速率是最接近的，且不易与电池中溶液发生化学反应，因此常用氯化钾饱和溶液做盐桥（钾离子和硝酸根离子的迁移速率也比较接近，同理也可用硝酸钾、硝酸铵来替代制作盐桥）。氯化钾的溶解度较大，常温下饱和氯化钾物质的量浓度可达4.2mol/L。当充有饱和氯化钾溶液的盐桥插入到浓度不大的两电解质溶液之间时，分别产生了两个交接面。盐桥中钾离子和氯离子分别向两端溶液扩散，由于钾离子和氯离子的扩散速率相近，使盐桥与两个溶液接触产生的液接电势均很小，由于阴阳离子的迁移方向相反，故可以大致相互抵消（降至1~2mV），从而提高电源的供电效率。此时原电池在工作时，把氧化反应和还原反应分开在两个装置中进行，再用装有琼脂与饱和氯化钾的盐桥连接，可以获得持续稳定电流，效率提高。由于锌和硫酸铜溶液在两个装置中,锌没有与硫酸铜溶液直接接触，不存在锌与铜离子直接反应的过程，所以大部分化学能转化成了电能。实际教学中，在化学必修一中就能学习到原电池，而此时物理上还没有学习电势和电势差等概念，我建议此时不宜展开。在高二学生有了电学的必备知识后，可以对学生解释盐桥具体的作用。如此教学可以体现学科的交叉，使得学生对化学教学中的电学部分知识有更加深入的认识。三、盐桥的制备并不复杂，在教学中教师可以自制盐桥下面的制取方法是我经常使用的。将100g蒸馏水盛于锥形瓶中，在90"C水浴中加热，将45g分析纯氯化钾加入蒸馏水中，至锥形瓶底部有未溶解完全的氯化钾为止，使其达到饱和。将大约6g左右的琼脂粉缓慢加入锥形瓶，用玻璃棒均匀搅拌后趁热将琼脂和饱和氯化钾溶液注入盐桥玻璃弯管中，并使其流入玻璃管尖端。待盐桥内的琼脂+饱和氯化钾溶液冷却到室温后，将玻璃管上端的氯化钾溶液倒出，用卫生纸将内外壁擦拭干净，向盐桥内加入室温条件下的饱和氯化钾溶液。在盐桥上放入饱和甘汞电极，并将盐桥玻璃管放入试验溶液中，固定好以后即可进行实验。琼脂在网上很容易买到，我在教学中还曾让学生亲手做盐桥，教学效果更好。需要特别注意的是，配制的琼脂+饱和氯化钾浴液如果太稀，测试过程中饱和氯化钾溶液可以从盐桥尖端流入实验溶液，从而污染实验溶液；配制的琼脂和饱和氯化钾溶液如果太稠，则很难注入盐桥玻璃管的尖端，此外还容易使玻璃管尖端留有空气泡。而空气泡的存在将影响电位的测定，增加实验误差，影响效果。盐桥的玻璃管尖端需要用卷紧的脱脂棉塞上，以防止溶液互混。脱脂棉必须被溶液润湿，否则电路不通。另外，脱脂棉尽量不要露在外面，避免吸收空气中的污染物。盐桥和甘汞电极在不使用的情况下应用蒸馏水冲洗干净其外表面，并浸泡在饱和氯化钾溶液中保存，防止其它外来离子污染并注意防尘。教学中，我做过如此的尝试。分别做几组铜锌原电池的对比试验。①没有盐桥②由琼脂构成盐