由“盐桥”引发的探究，本文主要内容关键词为：盐桥论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、《化学2》上的原电池装置已经能说明原电池原理，《化学反应原理》为何要引入盐桥型原电池？盐桥型原电池与单液体型原电池相比有哪些优点？
1.实验探究1：以铜锌原电池为原型分别搭建单液型原电池（图1）和盐桥型原电池（图2）进行对比实验，观察两极的现象、电流计读数情况、断开电路后两极的现象。
为了保证实验具有可比性，两种装置中铜片、锌片的大小、形状及电极浸入溶液的高度均相同，硫酸锌、硫酸铜溶液物质的量浓度均为0.5mol/L，均取30mL。图2中的盐桥为“橡皮管型盐桥”：取一根橡皮管灌满饱和氯化钾溶液，用滤纸或棉花塞住两端管口，橡皮管中不可留有气泡。
2.实验现象。
实验现象见表1。
3.现象分析。
通过上述比较实验可以看出，盐桥型原电池和单液型原电池相比有如下3个优点：
（1）盐桥型原电池比单液型原电池电流衰减的速率慢，能提供持续、稳定的电流。
（2）盐桥型原电池中氧化剂和还原剂近乎完全隔离，阻止锌片与硫酸铜溶液的直接反应，提高了化学能转化为电能的效率，提高了能量利用率。
（3）单液型原电池必须将电极从溶液中取出才能阻止化学能的自动释放，故单液型原电池作为化学电源开发存在明显的缺点；而盐桥型原电池不工作时，化学能不能自动释放，这为科学家开发实用性电池奠定了理论基础。
二、教材对盐桥的作用阐述为“盐桥中的
移向
溶液，
移向
溶液，使电解质溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行”。那么溶液中离子定向迁移的原理是什么？盐桥有哪些作用？
在图2所示的盐桥型原电池中，若将盐桥从装置中取出或用橡皮管夹夹住橡皮管，电流计的指针恢复到零；若用两根盐桥，则电流计的指针偏转角度增大，这就说明盐桥沟通了两个半电池，形成闭合回路。而盐桥沟通两个半电池，形成闭合回路的原因就是离子在盐桥中的定向迁移。教材并未明确说明盐桥中离子定向迁移的根本原因。
基于中学阶段学生的认知情况，教师主要介绍盐桥的两个作用：一是作为“离子通道”，离子在盐桥中可定向移动，构成闭合回路；二是作为“离子库”，为两个半电池提供需要的离子，以保持半电池中溶液的电中性。教材图示（图3）清楚地说明了盐桥中离子的定向迁移情况和盐桥的作用。盐桥的主要作用和优点是消除液接电势，但内容深奥，中学阶段不必向学生介绍。
三、盐桥中的离子会向溶液中迁移，那么溶液中的离子是否会迁移到盐桥中呢？
某杂志封面是原电池的原理图（图4），该图清楚地向读者说明了盐桥中离子的迁移问题（此盐桥用的是硫酸钾溶液），同时也指明了硫酸铜溶液中
向盐桥定向迁移的情况，能更加清楚地说明离子定向迁移的本质。
四、如何制作盐桥？盐桥有哪些替代方法？盐桥能否长久使用？
教材介绍的盐桥是琼脂—饱和KCl盐桥，其通常的制作方法是：在烧杯中加入3g琼脂和97mL蒸馏水，使用水浴加热法将琼脂加热至完全溶解，然后加入30g KCl充分搅拌，KCl完全溶解后趁热用滴管将溶液加入事先弯好的玻璃管中，静置待琼脂凝结后便可使用。这种盐桥制作比较麻烦，在中学制作的简易盐桥代替琼脂—饱和KCl盐桥也能达到相同的效果。
1.橡皮管型盐桥：取一根橡皮管灌满饱和氯化钾溶液，用滤纸或棉花塞住两端管口，橡皮管中不可留有气泡。
2.滤纸型盐桥：取一张浸泡过浓氯化钾溶液的条形滤纸，将它搭在两个烧杯之间，滤纸的两端分别浸入两个烧杯内的溶液中。苏教版教材中的“铜锌原电池实验图”用的就是“滤纸型盐桥”（图5）。
上述两种简易盐桥制作简单，可快速制得，演示效果与琼脂—饱和KCl盐桥相同。
根据盐桥的原理，学生提出“能否用更便宜的氯化钠代替氯化钾”？经过实验测定，用氯化钠代替氯化钾有相同的作用，只是电流要小一些。由此可见，只要是不与两极溶液反应的电解质均可以作为盐桥中的溶质，只是饱和氯化钾的效果最好。
我们已经知道，盐桥作为“离子库”为两个半电池提供所需要的离子，以保持半电池中溶液的电中性，故盐桥用一段时间后离子完全迁移到两个半电池中后就失效了，盐桥也有一定的寿命，不能长久使用。
五、教材习题中的不少电化学装置出现了离子交换膜或隔膜，盐桥和离子交换膜有何关系？
若将图2装置中的盐桥更换为阴离子交换膜（图6），阴离子交换膜就会将两极的电解质溶液隔离，且只有阴离子才能通过阴离子交换膜。原电池工作时由于正极有多余的，负极有多余的
（只有阴离子才能通过阴离子交换膜），正极区的可通过阴离子交换膜进入到负极，从而形成闭合回路，同时能使两个半电池中的电解质溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行。
从上述分析可以看出，这里的阴离子交换膜和盐桥的作用是一致的。但离子交换膜比盐桥效果更好，使用时间更长。离子交换膜是更好的盐桥，离子交换膜是在盐桥的基础上发展起来的。
化学电池中的电池隔膜纸是构成电池的基本材料之一，置于电池的正负电极之间，可提高电池的比容量和比能量，降低电池的内阻。锌锰干电池（图7、图8）是用浸透电解质的导电纸作隔膜的，但教材中锌锰干电池的构造图中未标注出隔膜，若在图中标注出隔膜则更切合实际，更有利于学生理解盐桥的作用。
六、导线能起到形成闭合回路的作用。如果用铜线代替盐桥则上述装置能否形成回路？若能形成回路则组成何种电化学装置？铜线和盐桥的作用相同吗？
1.实验探究3：将图2中的盐桥换成铜片（图9），我们惊奇地发现电流表指针同样发生偏转，偏转方向相同，偏转的角度大致相同。
铜片是不是就是盐桥呢？答案是否定的，因为铜片中只有电子才能够通过，溶液无法通过；铜片不是“离子的通道”，也不是“离子库”，所以铜片并不是盐桥。但为什么会有电流通过呢？电流从何而来？
笔者分别用电流计测定甲、乙两装置中的电流，发现甲装置中电流表指针偏转方向和角度与整套装置中电流计指针偏转方向和角度相同，而乙装置中的电流则很小，所以图9装置中的电流来源于甲装置，即甲装置是一个原电池装置，锌为负极，插入到溶液中的铜片为正极。那么左侧装置中因发生什么氧化还原反应而产生电流呢？联系钢铁的腐蚀性，便可以推测左侧是一个吸氧腐蚀型的原电池。
2.实验探究4：给图9装置甲中的铜片周围溶液注入氧气，可观察到指针偏转角度明显增大，若不注入氧气则指针又恢复到原来的位置。据此可以说明左侧装置确为吸氧腐蚀型原电池装置。
既然甲装置是一个原电池，则可推断乙装置为一个电解装置（类似于铜的精炼），插入溶液中的铜片为阳极，原来的铜电极为阴极。一段时间后观察乙装置，铜电极上会有一层新鲜的铜析出，这可以说明右侧装置确为电解装置，其两极反应为：
3.实验探究5：将图9中的铜片更换为石墨电极，石墨电极用导线连接，结果仍然会有电流通过，指针偏转的方向与角度和用铜片时的基本相同，且铜电极上有一层新鲜的铜析出。这就进一步确认左侧装置为原电池，右侧装置为电解池，所以将盐桥换成铜片后，原来的原电池变成原电池与电解池的组合装置，铜丝和盐桥的作用并不相同，浸入溶液中的铜片是电极，未浸入溶液中的铜片相当于导线。
七、通过《化学2》的学习，学生认为“如果将一个氧化还原反应设计为原电池反应，则反应速率会加快”。这个结论一定正确吗？
图2中的铜锌盐桥型原电池在工作8个多小时后还会有电流释放，反应并未停止；而若把锌片直接置于硫酸铜中，则反应迅速进行，并在锌片表面析出大量的铜。再如上述将氯化铁溶液与碘化钾溶液的反应设计为原电池后，两个半电池中的溶液颜色变化不明显，但电流可以持续很长时间，这说明反应并不快。如果将两溶液混合，则反应迅速进行。由此可见，如果将氧化还原反应设计为盐桥型原电池，氧化和还原反应分别在两个装置中发生，则导致接触面积明显减少，反应速率比直接混合反应要慢得多，这就是盐桥型原电池能提供持续、稳定的电流的原因。