化学自习室移动版

问题1、为什么要把单液电池发展为双液电池？

主要原因是单液电池不具有商品性，试想，把一个Zn－Cu－H₂SO₄单液电池摆在商店里待售，将是一种怎样的局面?即使在外电路断开的状态下，只要一天里没有卖出，锌电极就会反应掉大半。电池尚未用来发电，电池材料已经消耗得差不多了，还能够卖出去吗？双液电池就不同了，只要不接通电路，待售期间是基本不会损耗电池材料的。可以对照双液电池示意图对此结论加以理解。至于其他的一些“貌似合理”的解释，比如“双液电池比单液电池的电压稳定、电流持久”等，这些只是理论分析的结果。通过实际实验可以发现，构成材料接近的单液、双液两种电池一旦接通电路，除了双液电池输出电压略低于单液电池输出电压外(盐桥的存在导致内阻变大)，在其他方面二者并无很大差异。

问题2、盐桥中的电解质离子会不会耗尽？

答案是“不会”。盐桥如果保存得当(不用时浸泡在浓度大的食盐水中)，可做到连续多年使用，之所以发出“盐桥内的离子浓度会不会降低”的疑问，源于众多教科书中对盐桥工作原理的解读过于简单—电池工作过程中，为平衡两极电荷，盐桥中的离子分别向两极输出。其实，盐桥内的离子可以输出，两极溶液里的离子也会沿着电场规定方向进入盐桥。比如，铜锌双液电池，锌电极一侧因锌片的不断离子化，Zn^2＋浓度增大，它会向盐桥内扩散；同理，铜电极一侧由于Cu^2＋的不断还原，溶液里多余的SO₄^2－也会沿着电场规定的方向向盐桥内移动．

“这样，盐桥内的离子岂不乱了?”的确，随着使用时间的延长，盐桥内不再单纯是原来溶解在琼胶里的电解质了，但这并不妨碍它起到平衡两极电势的作用，所以“乱了”又有什么关系呢?

问题3、盐桥里的电解质一定要用KCl吗？换别的电解质行不行？

根据对问题2的分析可知，盐桥内使用什么电解质，并没有严格的规定．但有些教科书里说“K^＋与Cl^－扩散速率差异小”，这个看似合理的解释，其实并没有什么科学道理．当然，在实用性电池里，为了尽可能减小电池的内电阻，电解质的选择还是非常重要的．

问题4、用导线替代盐桥，电路中是否仍然会有电流？

实验的结果是，一般会，让我们以铜锌电池为 例，将盐桥更换为铜导线，如图1所示。

分析如下:

将盐桥更换为Cu导线后，整个装置的性质发生了改变。左侧成为一个新的铜锌原电池—以锌的吸氧腐蚀为基础反应，负极是Zn，发生Zn－2e^-＝Zn^2＋的氧化反应；正极则发生O₂＋4e^-＋2H₂O＝4OH^－的还原反应。而右侧则变为以铜为电极电解CuSO₄溶液的电解池装置，左侧的铜为阳极，发生Cu－2e^-＝Cu^2＋的氧化反应，右侧为阴极，发生Cu^2＋＋2e^-＝Cu的还原反应。

实测的电流方向，与上述分析完全一致，将盐桥更换为Zn导线的情况，请大家自行画图分析。

问题5、为什么实用电池里没有看到盐桥?

的确，实用电池里并不存在盐桥，因为盐桥被电阻小得多的“离子交换膜”代替了，请看如图2所示的两个装置。

这两个装置中，电极材料、电解质溶液种类和浓度分别对应一致，唯一不同之处就是左侧使用常规的盐桥，而右侧只使用薄薄一层含KCl的琼胶(与左侧盐桥内成分完全一致)分隔开正、负两极。

根据物理学原理可知，左侧电池的内阻远大于右侧。这样，在电池电动势相同的情况下，左侧电池的输出电压就低于右侧。人们当然不希望浪费电池的电动势，所以就设法缩短“盐桥”、降低电池内阻，最终盐桥越来越薄，演变为离子交换膜。早期的实用电池用的是强度较大的牛皮纸，现在逐步被各种有机合成材料的薄膜替代了，这就是为什么我们在各种实用电池内看不到盐桥的原因。