简论探究原电池中关于“盐桥”探究与启迪
更新时间：2024-04-18
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摘 要：新课标高中化学选修四教材中，盐桥这一概念的引入，对教师的教和学生的学都造成一定的困扰。选取了几个教学实践过程中学生困惑最大的问题进行了探讨，为中学化学这一内容的教材处理与教学实践提供一些启示。
关键词：原电池；盐桥；探究；启示
在高中化学选修四中第四章第一节《原电池》的内容中，有一个知识点：盐桥，这一知识点是新课标教材新增内容。对于盐桥，大多数学生无法理解，难免提出一些疑问，下面就学生提出的几个有关盐桥的问题进行探讨。
若取出盐桥，由于Zn原子失电子产生锌离子使锌片周围溶液带正电，而铜离子在铜片（正极）上得电子析出，导致铜片附近硫酸根增多而带负电。因此负极的正电荷增多而导致电子（负电荷）难以流出，正极负电荷增多也会导致电子流入困难，从而电池不能产生持续稳定的电流。
加了盐桥后（设为KCl，图1），随着反应的进行，盐桥中带负电离子（Cl-）会流到锌片处，带正电离子（K+）流到铜片，中和两极上的电荷，从而保持两边溶液电中性而保证电流的持续稳定。
总之，原电池盐桥的作用是保持两极溶液的电中性和沟通回路。
如果教师按照教材这样的描述给学生讲解，很多学生往往意犹未尽、如鲠在喉，仍然不能正确理解此处盐桥引入的意义。在此，如果引入液接电势的概念（当组成或活度不同的两种电解质接触时，在溶液接界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正负电荷分离而形成双电层，这样产生的电位差称为液体接界扩散电位，简称液接电位），才能讲清盐桥的作用，即液接电位减至最小以致接近消除，以使电池产生持续稳定的电流。
实验现象：一段时间后，盐桥右端下部溶液变成蓝色。
原因：在原电池开始工作的一段时间内，由于盐桥中电解质溶液浓度高，K+、Cl-几乎担负了通过液相接界的全部电流的迁移。在电池工作一段时间后，电极溶液中的离子也开始显著地相互扩散，即两极溶液中的离子也向盐桥扩散，为防止两极溶液中离子因通过盐桥扩散而混合对获得稳定电流产生影响，需适时更换盐桥。
实验现象：电流表指针发生偏转，电子方向是从锌片流出（a→b），铜导线中电子流向是c→d，此实验证明了铜导线中确实有电流通过。
该实验条件下，没有自发进行的氧化还原反应，为什么还产生电流呢？
猜想与假设：是不是与金属的吸氧腐蚀有关呢？于是进行图3实验进行验证。将铜导线换成镁片，为了防止镁片跟ZnSO4溶液反应，将ZnSO4溶液换成MgSO4溶液。装置如图3：
实验现象：电子方向跟图2的方向相反，即电子从镁片流出（d→c）。并且观察到镁片快速溶解，很快有白色沉淀生成。取少量沉淀于试管中，并加少量蒸馏水，滴加酚酞，溶液变红，说明白色沉淀是Mg（OH）2。并且右边烧杯中与镁片相连的铜导线上有铜析出，与锌片相连的铜片溶解。
上述两个实验表明：图2、3实验中，左边烧杯是一个原电池。图2中，锌比铜活泼，所以锌做负极，电子方向是从锌片流出（a→b）；图3中，镁比锌活泼，所以镁作负极，电子从镁流出（d→c），与图2中电子方向相反。右边烧杯是一个电解池，图3中与镁片是相连的铜导线作为电解池的阴极有铜析出，与锌片相连的铜片作为阳极铜片溶解。证明了左边就是一个原电池右边是一个含有CuSO4溶液的电解池。即将盐桥换上导线能产生电流，此时的原电池和金属的吸氧腐蚀有关，且和电解池串联在一起，以此类推，讲盐桥换成金属导线，甚至弯曲的石墨棒，均有电流产生。
内容，但是对于激发学生对化学的学习兴趣，勇于探索的科学精神具有重要的意义；后一个问题的探究讲电化学知识原电池、电解池、金属的电化学腐蚀有机地整合起来，有利于学生对电化学知识的整体把握。解决这种与生活、社会密切相关的问题，不仅能帮助学生解决学科问题，体验成功的喜悦，还能加强对学生的创新思维和创造力的培养。这正是普通高中化学课程标准提出的，发展学习化学的兴趣、乐于探究物质变化的奥秘，体验科学探究的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐有参与化学科技活动的热情，有将化学知识应用于生产、生活实践的意识，能够对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断。我们教育工作者应密切关注学生、了解学生心理需求，激发和保持学生学习的兴趣和动机，实现将情感、态度教育目标的实现渗透到学科教学的方方面面中去。
（作者单位 江西省南昌市第十中学）
关键词：原电池；盐桥；探究；启示
在高中化学选修四中第四章第一节《原电池》的内容中，有一个知识点：盐桥，这一知识点是新课标教材新增内容。对于盐桥，大多数学生无法理解，难免提出一些疑问，下面就学生提出的几个有关盐桥的问题进行探讨。
一、原电池中为什么要使用盐桥
如图1，有盐桥时，用铜、锌片和硫酸铜溶液组成原电池，电流表指针偏转，有电流通过。若取出盐桥，由于Zn原子失电子产生锌离子使锌片周围溶液带正电，而铜离子在铜片（正极）上得电子析出，导致铜片附近硫酸根增多而带负电。因此负极的正电荷增多而导致电子（负电荷）难以流出，正极负电荷增多也会导致电子流入困难，从而电池不能产生持续稳定的电流。
加了盐桥后（设为KCl，图1），随着反应的进行，盐桥中带负电离子（Cl-）会流到锌片处，带正电离子（K+）流到铜片，中和两极上的电荷，从而保持两边溶液电中性而保证电流的持续稳定。
总之，原电池盐桥的作用是保持两极溶液的电中性和沟通回路。
如果教师按照教材这样的描述给学生讲解，很多学生往往意犹未尽、如鲠在喉，仍然不能正确理解此处盐桥引入的意义。在此，如果引入液接电势的概念（当组成或活度不同的两种电解质接触时，在溶液接界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正负电荷分离而形成双电层，这样产生的电位差称为液体接界扩散电位，简称液接电位），才能讲清盐桥的作用，即液接电位减至最小以致接近消除，以使电池产生持续稳定的电流。
二、盐桥中的K+、Cl-向两极溶液中扩散，两极溶液中的离子是否也向盐桥中扩散
下面以电池Zn（s）│ZnSO4‖KCl饱和溶液‖CuSO4│Cu（s）为例，进行实验探究。其电池装置如图2所示实验现象：一段时间后，盐桥右端下部溶液变成蓝色。
原因：在原电池开始工作的一段时间内，由于盐桥中电解质溶液浓度高，K+、Cl-几乎担负了通过液相接界的全部电流的迁移。在电池工作一段时间后，电极溶液中的离子也开始显著地相互扩散，即两极溶液中的离子也向盐桥扩散，为防止两极溶液中离子因通过盐桥扩散而混合对获得稳定电流产生影响，需适时更换盐桥。
三、盐桥换成金属导线还能产生电流吗
课堂教学的过程中，学生并不满足于对盐桥作用的理解，有的学生进一步质疑，将盐桥换成能导电的金属导线能否产生电流呢？为此，我进行了如图2实验，将盐桥换成铜导丝。实验现象：电流表指针发生偏转，电子方向是从锌片流出（a→b），铜导线中电子流向是c→d，此实验证明了铜导线中确实有电流通过。
该实验条件下，没有自发进行的氧化还原反应，为什么还产生电流呢？
猜想与假设：是不是与金属的吸氧腐蚀有关呢？于是进行图3实验进行验证。将铜导线换成镁片，为了防止镁片跟ZnSO4溶液反应，将ZnSO4溶液换成MgSO4溶液。装置如图3：
实验现象：电子方向跟图2的方向相反，即电子从镁片流出（d→c）。并且观察到镁片快速溶解，很快有白色沉淀生成。取少量沉淀于试管中，并加少量蒸馏水，滴加酚酞，溶液变红，说明白色沉淀是Mg（OH）2。并且右边烧杯中与镁片相连的铜导线上有铜析出，与锌片相连的铜片溶解。
上述两个实验表明：图2、3实验中，左边烧杯是一个原电池。图2中，锌比铜活泼，所以锌做负极，电子方向是从锌片流出（a→b）；图3中，镁比锌活泼，所以镁作负极，电子从镁流出（d→c），与图2中电子方向相反。右边烧杯是一个电解池，图3中与镁片是相连的铜导线作为电解池的阴极有铜析出，与锌片相连的铜片作为阳极铜片溶解。证明了左边就是一个原电池右边是一个含有CuSO4溶液的电解池。即将盐桥换上导线能产生电流，此时的原电池和金属的吸氧腐蚀有关，且和电解池串联在一起，以此类推，讲盐桥换成金属导线，甚至弯曲的石墨棒，均有电流产生。
四、对教学实践启示
本文中的三个问题，前两个并不是高中化学需要深究的源于：论文提纲格式www.618jyw.com内容，但是对于激发学生对化学的学习兴趣，勇于探索的科学精神具有重要的意义；后一个问题的探究讲电化学知识原电池、电解池、金属的电化学腐蚀有机地整合起来，有利于学生对电化学知识的整体把握。解决这种与生活、社会密切相关的问题，不仅能帮助学生解决学科问题，体验成功的喜悦，还能加强对学生的创新思维和创造力的培养。这正是普通高中化学课程标准提出的，发展学习化学的兴趣、乐于探究物质变化的奥秘，体验科学探究的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐有参与化学科技活动的热情，有将化学知识应用于生产、生活实践的意识，能够对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断。我们教育工作者应密切关注学生、了解学生心理需求，激发和保持学生学习的兴趣和动机，实现将情感、态度教育目标的实现渗透到学科教学的方方面面中去。
（作者单位 江西省南昌市第十中学）
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