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盐桥的作用探讨

来源:未知作者:许浩年 点击:所属专题: 盐桥
在《必修4》第4章第1节介绍了将锌片置于硫酸 锌溶液,将铜片置于硫酸铜溶液,在2种溶液之间加 上盐桥组成的原电池,这是一种双液电池(以下简称为加盐桥的锌铜双液电池). 1液接电势 在2个含有不同电解质的溶液所形成的界面上, 或者2种电解质相同而浓度不同的溶液界面上,存

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在《必修4》第4章第1节介绍了将锌片置于硫酸 锌溶液,将铜片置于硫酸铜溶液,在2种溶液之间加 上盐桥的作用探讨盐桥组成的原电池,这是一种双液电池(以下简称为加盐桥的锌铜双液电池).

1液接电势

在2个含有不同电解质的溶液所形成的界面上, 或者2种电解质相同而浓度不同的溶液界面上,存在 着微小的电势差,称为液接电势.它的大小一般不超 过0. 03 V.例如,在2种浓度不同的HCl溶液的界面 上,H和Cl将从浓度高的一边向浓度低的一边扩 散.因为H的运动速度比Cl快,所以在稀的一边将 出现过剩的H而带正电;在浓的一边由于有过剩的 Cl而带负电.也就是在相界面的一侧带正电,另一侧 带负电而形成一个双电层,这样就产生了电势差.电 势差的产生使H的扩散速度减慢,同时加快了 Cl的扩散速度,最终会使得H和Cl的扩散速度相同, 这时在相界面两侧就形成了稳定的双电层,形成稳定 的双电层所需要的时间是非常短的,我们把形成稳定 的双电层之后相界面两侧的电势差就叫作液接电势.

2液接电势的近似消除

加盐桥的锌铜双液电池,由于盐桥中装的是饱和 的KCl溶液(有些情况下可以改装浓的NH4NO3或 KNO3溶液),浓度很大,在KCl溶液和ZnsO4溶液界面上主要是K和Cl向ZnsO4溶液扩散,而K和Cl的扩散速度几乎相同,它们的液接电势就接近 于0。同理,在KCl溶液和CuSO4溶液界面上主要是 K和Cl向CuSO4溶液扩散,而K和Cl的扩散速 度几乎相同,它们的液接电势也接近于0,并且,KCl 溶液和ZnsO4溶液的液接电势与KCl溶液和CuSO4 溶液的液接电势符号相反,所以,加了盐桥使得 ZnSO4溶液和CuSO4溶液的液接电势近似为0,也就 是近似消除了它们直接接触产生的液接电势.一般情 况下,使用盐桥可以将液接电势消除至2 mV以下.

3 可逆电池

可逆电池有2方面的要求:一方面电池在作为原 电池放电或电解池充电时其总反应必须可逆;另一方 面无论是充电还是放电,电极上的反应都是在平衡的 情况下进行的,即通过的电流无限小,或者说为零.当 然,这样的电池放电和充电需要的时间是无限长的.

通俗地说,把一个电池(电极是可逆电极,也没有液接 电势的电池)做好,放在那儿,不放电就是可逆电池, 它处于电化学平衡状态.例如加盐桥的锌铜双液电池 在没有电流通过的情况下是可逆电池.

4可逆电池中盐桥的作用

如果把一个化学反应设计成可逆电池,利用测定 可逆电池的电动势可以计算该反应的热力学量,也可 利用可逆电池测盐桥的作用探讨电极电势.而有液接电势的电池,一 方面因液液界面上有扩散,扩散是不可逆的过程,那 么有液接电势的电池是不可逆电池,测得的电动势并 不是可逆电池的电动势,也就丧失了热力学的意义. 另一方面影响液接电势值的因素很多,所以有液接电 势存在的电池也很难测得稳定的可重复的电动势的 值.因此,在实际工作中,如果不能完全避免2种溶液 的接触,一定要设法将液接电势减小到可以忽略不计 的程度,最常用的方法就是在2种溶液中间插入盐 桥.所以,可逆电池中盐桥的作用消除液接电势.

5电池在实际放电过程中盐桥的作用

电池实际工作时,有电流通过,该电池就不是一 个可逆电池,不处于电化学平衡态.加盐桥的锌铜双 液电池在实际放电时,首先,因为在不同电解质溶液 的界面上会产生液接电势,盐桥可以消除ZnSO4溶 液和CuSO4溶液界面上的液接电势.其次,放电时, 负极上锌会失电子产生Zn2+进入溶液,使ZnSO4溶 液因Zn2+的增加而带正电,正极上Cu2+得电子生成 Cu沉积在铜片上,使得CuSO4溶液因相对过剩的 SO42而带负电,种溶液产生了与电池电动势相反 的电势差,它会阻碍负极的氧化反应和正极的还原反应的发生,同时电池电动势减小.通过盐桥SO42和 Cl (主要是Cl)向ZnSO4溶液迁移,Zn2+和K (主 要是K )向CuSO4溶液迁移,使得2种溶液保持电 中性,同时减弱上述阻碍作用.盐桥有构成闭合回路、 平衡电荷,使氧化还原反应顺利进行的作用。再次,将 铜片和锌片插入硫酸铜溶液组成的单液电池中,Cu2+除了在正极得电子外,锌片附近的Cu2+也可以直接 在锌片表面得电子生成铜,这部分电子没有定向移动 形成电流,即化学能没有转化为电能,而是转化为热 能。加盐桥的锌铜双液电池中,盐桥将ZnSO4溶液和 CuSO4溶液分开,可以提高电池效率.

有盐桥的原电池虽然对测定氧化还原反应的重 要数据是一个好方法,但由于这种电池的内阻较高而 不适合实际应用,所以商用电池均不用盐桥。

(责任编辑:化学自习室)
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