原电池中的盐桥的作用与反应本质.doc

认识原电池中得“桥”一、盐桥得构成与原理:盐桥里得物质一般就是强电解质而且不与两池中电解质反应,教材中常使用装有饱与KCl琼脂溶胶得U形管,离子可以在其中自由移动,这样溶液就是不致流出来得。用作盐桥得溶液需要满足以下条件:阴阳离子得迁移速度相近;盐桥溶液得浓度要大;盐桥溶液不与溶液发生反应或不干扰测定。盐桥作用得基本原理就是:由于盐桥中电解质得浓度很高, 两个新界面上得扩散作用主要来自盐桥, 故两个新界面上产生得液接电位稳定。又由于盐桥中正负离子得迁移速度差不多相等, 故两个新界面上产生得液接电位方向相反、数值几乎相等, 从而使液接电位减至最小以至接近消除。常用得盐桥溶液有:饱与氯化钾溶液、4、2mol/LKCl、0、1mol/LLiAc与0、1mol/LKNO3等。二、盐桥得作用: 盐桥起到了使整个装置构成通路、保持电中性得作用,又不使两边溶液混合。盐桥就是怎样构成原电池中得电池通路得呢？Zn棒失去电子成为Zn2+进入溶液中,使ZnSO4溶液中Zn2+过多,即正电荷增多,溶液带正电荷。Cu2+获得电子沉积为Cu,溶液中Cu2+过少,SO42过多,即负电荷增多,溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性,将阻止放电作用得继续进行。盐桥得存在,其中Cl向ZnSO4溶液迁移,K+向CuSO4溶液迁移,分别中与过剩得电荷,使溶液保持电中性,反应可以继续进行。盐桥中离子得定向迁移构成了电流通路,盐桥既可沟通两方溶液,又能阻止反应物得直接接触。可使由它连接得两溶液保持电中性,否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn2+而带上正电,铜盐溶液会由于铜得析出减少了Cu2+而带上了负电。盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜得不断转移,使锌得溶解与铜得析出过程得以继续进行。导线得作用就是传递电子,沟通外电路。而盐桥得作用则就是沟通内电路,保持电中性就就是化学原电池得盐桥起到电荷“桥梁”得作用,保持两边得电荷平衡以防止两边因为电荷不平衡(一边失去电子,一边得到电子造成得)而阻碍氧化还原反应得进行。三、盐桥反应现象:1、检流计指针偏转(或小灯泡发光),说明有电流通过。从检流计指针偏转得方向可以知道电流得方向就是Cu极Zn极。根据电流就是从正极流向负极,因此,Zn极为负极,Cu极为正极。而电子流动得方向却相反,从Zn极Cu极。电子流出得一极为负极,发生氧化反应;电子流入得一极为原电池得正极,发生还原反应。一般说来,由两种金属所构成得原电池中,较活泼得金属就是负极,较不活泼得金属就是正极。其原理正就是置换反应,负极金属逐渐溶解为离子进入溶液。反应一段时间后,称重表明,Zn棒减轻,Cu棒增重。Zn 2e = Zn2+(负极)Cu2+ + 2e = Cu(正极)原电池发生原理就是要两极存在电位差,锌铜原电池实际发生得电池反应就是锌与铜离子得反应,铜片只起到导电作用,并不参与反应。2、取出盐桥,检流计指针归零,重新放入盐桥,指针又发生偏转,说明盐桥起到了使整个装置构成通路得作用。盐桥就是装有饱与KCl琼脂溶胶得U形管,溶液不致流出来,但离子则可以在其中自由移动。四、问题讨论与疑问:1、能用金属来代替盐桥吗？答:不可以,在电路接通得情况下,这个盐桥只就是整个回路得一部分,随时要保持电中性,琼脂作为盐桥因其中含有两种离子,可以与溶液中得离子交换,从而达到传导电流得目得,而且琼脂本身可以容纳离子在其中运动,液接电势小;若用金属作盐桥(已经不能叫做盐桥了)电子流向一极后不能直接从另一极得到补充,必然趋势就就是向另一极释放金属阳离子或者溶液中得金属阳离子在电子流出得那一极得电子析出金属,这个过程会产生一个与电池电势相反得电势(应该算液接电势得一部分),从而降低了整个电池得电势。所以,光有自由电子就是不够得,应该有一个离子得通道即“盐桥”2、 原电池电解液在两烧杯中,两烧杯间有盐桥,就是不就是琼脂中得钾离子会进入溶液？那么两烧杯中得阴阳离子能通过盐桥吗？答:双液电池使用盐桥目得就就是为了消除液接电势,一般盐桥中充满着琼脂。琼脂作为盐桥因其中含有阴阳两种离子,盐桥中得阴离子与阳离子通过定向移动进入到阴极池与阳极池从而达到传导电流使双液电池形成闭合回路得目得,所以盐桥用一段时间就会失效了,要重新浸到饱与食盐水(或就是KCl溶液)里。两烧杯中得离子会通过盐桥得但不会太多,因这时两池中得浓度差相对太小得缘故(此说法有待商榷,欢迎专家指导,谢谢)。3、 在有盐桥得铜锌原电池中,电解质溶液得选择为什么要与电极材料得阳离子相同？如Zn极对应得就是硫酸锌,能不能就是氯化锌或者氯化钠？锌在负极失去电子,变成离子进入溶液,电子沿外导线流到正极铜上面,硫酸铜溶液中得铜离子在正极上得到电子变成铜单质析出。硫酸铜溶液中得阴离子通过盐桥移动到硫酸锌溶液中,而形成回路。4、 在有盐桥得铜锌原电池中,电解质溶液得选择为什么要与电极材料得阳离子相同？如Zn极对应得就是硫酸锌,能不能就是氯化锌或者氯化钠？答:可以得,如果该溶液中溶质得阳离子对应得金属单质比电极强得话没有问题。反正这边发生得反应只就是Zn得溶解而已。但就是如果比电极弱得话,例如硫酸铜,锌就会置换出铜,在表面形成原电池,减少供电量。使用盐桥就就是为了避免这种情况,至于电解液要跟电极相同那就是一个做题得技巧,具体问题具体分析就好了。5、 锌与硫酸锌溶液会反应？请参阅“电极电势”及“双电层理论” 双电层理论 德国化学家能斯特(H.W.Nernst)提出了双电层理论(electron double layer theory)解释电极电势得产生得原因。双电层理论 :胶核得静电作用把溶液中得反离子吸附到其周围。受胶核电位离子得静电引力与反离子热运动得扩散作用、溶液对反离子得水化作用,反离子得浓度随与固体表面距离增加浓度逐渐减少,分布符合Boltzmann分布。德国科学家W、 Nernst对电极电势产生机理作了较好得解释。她认为:当把金属插入其盐溶液中时,金属表面上得正离子受到极性水分子得作用,有变成溶剂化离子进入溶液而将电子留在金属表面得倾向。金属越活泼、溶液中正离子浓度越小,上述倾向就越大。与此同时,溶液中得金属离子也有从溶液中沉积到金属表面得倾向,溶液中得金属离子浓度越大、金属越不活泼,这种倾向就越大。当溶解与沉积这两个相反过程得速率相等时,即达到动态平衡:当金属溶解倾向大于金属离子沉积倾向时,则金属表面带负电层,靠近金属表面附近处得溶液带正电层,这样便构成“双电层”。相反,若沉积倾向大于溶解倾向,则在金属表面上形成正电荷层,金属附近得溶液带一层负电荷。由于在溶解与沉积达到平衡时,形成了双电层,从而产生了电势差,这种电势差叫电极得平衡电极电势,也叫可逆电极电势。金属得活泼性不同,其电极电势也不同,因此,可以用电极电势来衡量金属失电子得能力。电极电势以符号E Mn+/ M表示, 单位为V(伏)。 如锌得电极电势以EZn2+/ Zn 表示, 铜得电极电势以ECu2+/Cu 表示。实验中,因为Cu/Cu+得标准电极电势为+0、34V,而锌与锌离子得标准电极电势为0、76V,所以铜作正极,锌作负极。这就构成了原电池。1、阴极上就是阳离子放电:依照得就是金属活动顺序表、排在越前得金属离子越难放电 AgHg2+Cu2(H)Pb2+Sn2Fe2+Zn2+Al3Mg2+Na 离子氧化性越强越先放电2、阳极上就是阴离子放电:S2IBrClOHSO42NO3F 阴离子还原性越强越先放电越王勾践剑得含铜量约为80%83%、含锡量约为16%17%,另外还有少量得铅与铁,可能就是原料中含得杂质。作为青铜剑得主要成分铜,就是一种不活泼得金属,在日常条件下一般不容易发生锈蚀,这就是越王勾践剑不锈得原因之一。在古代墓葬中,它发生锈蚀得途径一般说来有这样几条:在潮湿得条件下,有空气或氧气存在时,发生锈蚀,生成铜盐;在潮湿得条件下与贵重金属(如金、银等)接触,产生电化学腐蚀;与硫或含有硫得物质接触,生成铜得硫化物等。 再来瞧瞧越王勾践剑所处得外部环境:该剑1965年冬出土于湖北江陵望山一号楚墓内棺中,位于墓主人得左侧,出土时插在髹漆得木质剑鞘内。这座墓葬深埋在数米得地下,一椁两棺,层层相套,椁室四周用一种质地细密得白色黏土、考古学界称之为白膏泥得填塞,其下部采用得还就是经过人工淘洗过得白膏泥,致密性更好。加上墓坑上部经过夯实得填土等原因,使该墓得墓室几乎成了一个密闭得空间,这么多得密封层基本上隔绝了墓室与外界之间得空气交换。现代科学告诉我们:在完全隔绝氧气得条件下,即使在中性或微酸性得水中,钢铁都不会生锈得。这就是越王勾践剑不锈得原因之二。 望山一号楚墓处在现代荆州附近得漳河二干渠上,地下水位较高,该墓得墓室曾经长期被地下水浸泡,地下水酸碱性不大,基本上为中性,这从该墓出土得大量精美得漆木器保存情况较好而得到证实。地下水浸泡后,墓室内空气得含量更少。这就是越王勾践剑不锈得原因之三。 此外,还有三点证据可以证明,越王勾践剑得不锈之谜完全就是它所处得环境条件所致。 第一,越王勾践剑出土时不就是绝对得没有生锈,只就是其锈蚀得程度十分轻微,人们难以瞧出。该剑出土后一直放在囊盒中妥善保管,但就是,出土至今还不足40年,该剑得表面已经不如出土时明亮,说明在目前这样好得保管条件下,锈蚀得进程也就是难以绝对阻止得。 第二,与越王勾践剑同时出土得还有三件青铜剑,这三件青铜剑都放在该墓棺外得椁室内,相对说来它们所处环境得密封程度不如越王勾践剑,但就是它们得锈蚀程度也较轻微,甚至与越王勾践剑完全相同。 例如,出土于该墓头箱(考古术语,指墓主人头部所对得椁室)、编号为T109得青铜剑,素面无花纹,出土时“刃薄而锋利,保持着耀目得光泽”(考古发掘报告语);出土于该墓边箱(考古术语,指墓主人身旁所对得椁室)、编号为B127得青铜剑,形制与越王勾践剑相近,“整个剑身得两侧均满饰黑色得菱形花纹,非常优美。保存也很完好,刃薄而锋利,可与越王勾践剑媲美。”(考古发掘报告语)收藏于湖北省博物馆内、被称为“铜斧之王”得大铜斧,出土于湖北大冶铜绿山古代开采铜矿石得矿井内,表面布满了与刃部垂直得划痕,就是一件古代劳动人民实用得采矿工具。由于出土于古代矿井淤泥中,出土时表面仍然泛有青铜得光泽,锈蚀程度也较轻微。 第三,与越王勾践剑时代相近、制造工艺也相近得吴王夫差矛,1983年出土于江陵马山楚墓,由于该墓得保存情况不好,棺木等大都已经腐烂,夫差矛出土时不仅矛柄几乎全部腐烂,其青铜表面也都布满了绿色得锈层。后德俊研究员说,她曾亲手保护处理过这件珍贵文物,其锈蚀情况与同时期得其它出土青铜器基本相同。 以上所述均已说明,越王勾践剑得不锈之谜完全就是它所处得环境条件所致,而不就是其它。 勾践剑表面上得硫化物,其实就是墓室中尸体、丝绸衣物、食物等腐烂后产生得。