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在学习过程中,将电化学装置中的“U形管”误认为“盐桥”的同学不在少数,归根结底是对原电池装置中盐桥的作用认识不清。现将盐桥的作用探究如下,旨在提高同学们分析问题、解决问题的能力。
题目某化学兴趣小组对原电池中盐桥的作用进行探究,并设计了如图1的装置。
(1)以上四个装置中,能发挥盐桥作用的是。
(2)若以A、B为电源,分别电解等浓度、等体积的NaCl溶液,当消耗等质量的Zn时,产生的n(H2)(填“A”或“B”)多,其原因是。
(3)在A装置中,下列溶液不能代替ZnSO4溶液的是,其原因为。
A.CuCl2溶液B.NaCl溶液
(4)如果C装置中U形铜导体在插入前是粗细均匀的,插入足够长时间后,仔细比较两端的变化时。
(5)D装置左侧的电极反应式为,充分作用后,左侧溶液中SO2-4的物质的量浓度(填“增大”“减少”或“不变”)。
解析:(1)A中盐桥既避免了负极材料与氧化剂直接接触,又能保持两烧杯中的电荷守恒,发挥了盐桥应有的作用;B中倒置的U形管内盛的溶液与两烧杯内溶液相通,与无盐桥的原电池没有本质区别;C装置中通过铜导体将左右装置联系起来,其实质是串联的原电池和电解池;D中虽无盐桥,但隔膜的作用与“盐桥”一样。
(2)在B池中由于Cu2+直接接触Zn,部分电子直接由Zn转移给Cu2+,而不经过导线,导致发电效率降低,产生的H2少于A为电源时产生H2的量。
(3)电解质溶液的选择不一定要与与电极材料的阳离子相同,如溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极强的话就可以。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,例如氯化铜,锌就会置换出铜,在表面形成原电池,减少供电量。使用鹽桥就是为了避免这种情况。
(4)C装置的左池是以Zn为负极、Cu为正极的原电池,右池相当于精炼铜装置,铜导体左、右端电极的反应式分别为:Cu2++2e-Cu,Cu-2e-Cu2+,从而导致左端变粗、右端变细。
(5)D装置中,Zn为负极,原电池工作时,溶液中带负电荷的阴离子向负极移动,使得左侧SO2-4浓度大于右侧。
答案:(1)AD(2)A由于B中部分Cu2+能从Zn表面直接得电子,从而降低了B装置的发电效率,当消耗等量的Zn时,产生的电量A比B大(3)A锌会置换出铜,在其表面形成原电池,化学能转化为电能的效率降低(4)铜导体右侧变细,左侧变粗(5)Zn-2e-Zn2+增大
通过以上例题可以看出,只有理解了原电池盐桥的作用,才能“是非”清晰,去“伪”存“真”。总结起来,盐桥的作用可归纳为两点:一是使两个半电池溶液连成一个通路,从而避免了氧化剂与还原剂直接接触;二是通过盐桥内离子的定向移动,使两溶液保持电中性。
作者单位:河南省沈丘县第二高级中学
题目某化学兴趣小组对原电池中盐桥的作用进行探究,并设计了如图1的装置。
(1)以上四个装置中,能发挥盐桥作用的是。
(2)若以A、B为电源,分别电解等浓度、等体积的NaCl溶液,当消耗等质量的Zn时,产生的n(H2)(填“A”或“B”)多,其原因是。
(3)在A装置中,下列溶液不能代替ZnSO4溶液的是,其原因为。
A.CuCl2溶液B.NaCl溶液
(4)如果C装置中U形铜导体在插入前是粗细均匀的,插入足够长时间后,仔细比较两端的变化时。
(5)D装置左侧的电极反应式为,充分作用后,左侧溶液中SO2-4的物质的量浓度(填“增大”“减少”或“不变”)。
解析:(1)A中盐桥既避免了负极材料与氧化剂直接接触,又能保持两烧杯中的电荷守恒,发挥了盐桥应有的作用;B中倒置的U形管内盛的溶液与两烧杯内溶液相通,与无盐桥的原电池没有本质区别;C装置中通过铜导体将左右装置联系起来,其实质是串联的原电池和电解池;D中虽无盐桥,但隔膜的作用与“盐桥”一样。
(2)在B池中由于Cu2+直接接触Zn,部分电子直接由Zn转移给Cu2+,而不经过导线,导致发电效率降低,产生的H2少于A为电源时产生H2的量。
(3)电解质溶液的选择不一定要与与电极材料的阳离子相同,如溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极强的话就可以。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,例如氯化铜,锌就会置换出铜,在表面形成原电池,减少供电量。使用鹽桥就是为了避免这种情况。
(4)C装置的左池是以Zn为负极、Cu为正极的原电池,右池相当于精炼铜装置,铜导体左、右端电极的反应式分别为:Cu2++2e-Cu,Cu-2e-Cu2+,从而导致左端变粗、右端变细。
(5)D装置中,Zn为负极,原电池工作时,溶液中带负电荷的阴离子向负极移动,使得左侧SO2-4浓度大于右侧。
答案:(1)AD(2)A由于B中部分Cu2+能从Zn表面直接得电子,从而降低了B装置的发电效率,当消耗等量的Zn时,产生的电量A比B大(3)A锌会置换出铜,在其表面形成原电池,化学能转化为电能的效率降低(4)铜导体右侧变细,左侧变粗(5)Zn-2e-Zn2+增大
通过以上例题可以看出,只有理解了原电池盐桥的作用,才能“是非”清晰,去“伪”存“真”。总结起来,盐桥的作用可归纳为两点:一是使两个半电池溶液连成一个通路,从而避免了氧化剂与还原剂直接接触;二是通过盐桥内离子的定向移动,使两溶液保持电中性。
作者单位:河南省沈丘县第二高级中学