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一、必修2的铜锌原电池原理

在图1中锌片和铜片用导线连接后形成了原电池，电流表指针偏转，说明有电流产生。具体从理论上讲：负极为Zn，它失电子变成锌离子出现在负极表面，使负极周围带了大量正电，从而吸引溶液中的阴离子，排斥溶液中的阳离子，所以Cu离子不易在负极处得电子.而导线电阻小，所以大量电子通过导线转移到铜电极，使它带负电，吸引溶液中阳离子(Cu^2＋)，让它们在铜表面发生还原反应，从而使铜成为正极.所以负极出现Zn的溶解这个氧化过程，正极出现Cu离子得电子生成Cu的还原过程，导线就有电子流过.当然，从事实来说，由于Zn可能含杂质，而且它直接和硫酸铜接触，所以锌的表面也会有铜出现的，而在原电池中，一般活泼金属作负极，失去电子发生氧化反应。而溶液中铜离子在正极铜片上得到电子发生还原反应。

负极：Zn－2e^-=Zn^2＋

正极：Cu^2＋＋2e^-=Cu

总反应：Zn＋Cu^2＋= Cu＋Zn^2＋

此电池并不能持续稳定的提供电流，究其原因为锌片在硫酸铜溶液中，铜离子也可到负极去得到少量电子，在锌片上覆盖一层铜，若锌片被铜片包裹，两极电势相同，就破坏了形成原电池的条件，不能形成电流。

二、盐桥原电池原理

如何形成持续、稳定的电流，使化学能全部转化成电能。那就要负极完全与铜离子隔离，使铜离子只能在正极区得到电子发生还原反应，这就需要把两极的电解质溶液完全隔离开来。那么如何让溶液中的阴阳离子形成定向移动，因此必须建立一个离子的通道。盐桥起到了使整个装置构成通路、保持电中性的作用，又不使两边溶液混合。盐桥是怎样构成原电池中的电池通路的呢？

选修4铜锌原电池原电池就很好阐述了这一问题。如图

Zn棒失去电子成为Zn^2＋进入溶液中，使ZnSO₄溶液中Zn^2＋过多，即正电荷增多，溶液带正电荷。Cu^2＋获得电子沉积为Cu，溶液中Cu^2＋过少，SO₄^2－过多，即负电荷增多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在，其中Cl^－向ZnSO₄溶液迁移，K^＋向CuSO₄溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既可沟通两方溶液，又能阻止反应物的直接接触。可使由它连接的两溶液保持电中性，否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn^2＋而带上正电，铜盐溶液会由于铜的析出减少了Cu^2＋而带上了负电。盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路，保持电中性就是化学原电池的盐桥起到电荷“桥梁”的作用，保持两边的电荷平衡以防止两边因为电荷不平衡(一边失去电子，一边得到电子造成的)而阻碍氧化还原反应的进行。取出盐桥，电流计指针归零，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的作用。盐桥中装有饱和的KCl、KNO₃等溶液和琼脂制成的胶冻，可利用里面的K^＋、Cl^－导电。连接正负极溶液，形成闭合回路。

三、原电池原理的电极电势解释。

学生们对锌失去电子流到铜片上很不理解，因为Zn和CuSO₄溶液在两个池子中，Zn与Cu^2＋不直接接触，不存在Zn与Cu^2＋直接反应的过程，原电池的构成必须要负极自发地发生氧化反应，他们认为锌不能和硫酸锌发生反应，也就不能失去电子，而教材也没讲这个原因，这就需要老师运用电极电势，根据中学学生的认知特点，化繁为简，结合高中物理电源的电势差，指明活泼性不同的金属都存在不同的电极电势。

(一)德国科学家能斯特对电极电势产生机理作了较好的解释。他认为：当把金属插入其盐溶液中时，金属表面上的正离子受到极性水分子的作用，有变成溶剂化离子进入溶液而将电子留在金属表面的倾向。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，溶液中的金属离子也有从溶液中沉积到金属表面的倾向，溶液中的金属离子浓度越大、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的速率相等时，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的溶液带正电层，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，金属附近的溶液带一层负电荷。

(二)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，这种电势差叫电极的平衡电极电势，也叫可逆电极电势。金属的活泼性不同，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的能力。电极电势以符号E(M^n＋/ M)表示，单位为V(伏)。如锌的电极电势以E(Zn^2＋/ Zn)表示，铜的电极电势以E(Cu^2＋/Cu)表示。实验中，因为Cu^2＋/Cu的标准电极电势为＋0.34V，而锌与锌离子的标准电极电势为－0.76V，所以铜作正极，锌作负极，这就构成了原电池。

在两种溶液之间插入盐桥，减免和稳定液接电位使液接电位减至最小以至于接近消除。防止溶液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位。饱和KCl溶液的浓度高达4.2mol·dm^－3，到浓度不大的两电解质溶液之间的界面时，产生了两个接界面，盐桥中K^＋和Cl^－向外扩散就成为这两个接界面上离子扩散的主流。由于K^＋和Cl^－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，且两者方向相反，故相互抵消后降至1~2MV。所以选择盐桥中的电解质的原则是高浓度、正负离子迁移速率接近相等，且不与电池中溶液发生化学反应。

四、盐桥能用金属来代替吗？

在电路接通的情况下，这个盐桥只是整个回路的一部分，随时要保持电中性，琼脂作为盐桥因其中含有两种离子，可以与溶液中的离子交换，从而达到传导电流的目的，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，必然趋势就是向另一极释放金属阳离子或者溶液中的金属阳离子在电子流出的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的电势(应该算液接电势的一部分)，从而降低了整个电池的电势。所以，光有自由电子是不够的，应该有一个离子的通道即“盐桥”。

五、在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择为什么要与电极材料的阳离子相同？如Zn极对应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？

如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极强的话没有问题。因为负极区发生的反应只是Zn的溶解而已。但是如果比电极弱的话，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。使用盐桥就是为了避免这种情况，至于电解液要跟电极相同那只是一个做题的技巧，具体问题具体分析就行。六、原电池电解液在两烧杯中，两烧杯间有盐桥，是不是琼脂中的钾离子会进入溶液？那么两烧杯中的阴阳离子能通过盐桥吗？

双液电池使用盐桥目的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，盐桥中的阴离子和阳离子通过定向移动进入到阴极池和阳极池从而达到传导电流使双液电池形成闭合回路的目的，所以盐桥用一段时间就会失效了，要重新浸到饱和食盐水(或是KCl溶液)里。两烧杯中的离子会通过盐桥的但不会太多，因这时两池中的浓度差相对太小的缘故(此说法有待商榷)。

参考文献

人教版高中化学教师教学用书(必修二、选修四)

大学教材《电化学》