盐桥知多少

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在高二化学这一节中出现了盐桥这一装置。盐桥在原电池中的作用，盐桥的使用技巧等等，作为新生事物，给学生造成的困惑不少。要想对盐桥形成全面的认识，笔者以为就要从引入盐桥的目的进行探讨。

对没有盐桥的以硫酸铜为电解质的铜-锌原电池为例，装置如图a。接通电路后可观察到的主要现象是：锌片溶解，铜片上有红色物质生成，导线中有电流通过。但细心的同学还会观察到，原电池工作一段时间后，锌电极也开始产生红色物质，导线中的电流越来越小，用纯度很高的锌做电极依然如此，那锌电极为什么会有铜生成呢？从理论上看，铜应该只在铜电极生成，但由于锌电极浸泡在硫酸铜溶液中，不可避免会有少量铜离子直接在锌片上获得电子，这样这部分锌失去的电子就没有通过导线，使一部分化学能没有转变为电能，，且生成的铜覆盖在锌表面，直接与锌构成许多微小的原电池，这将加快锌的溶解，而溶解的锌失去的电子没有通过导线，直接被铜离子获得，使锌上析出更多的铜，这种循环会促使电路中电流不断减小，电池效率进一步降低，因此这样的电池工作时间短，不能持续供电，不具有使用价值。要解决这个问题，关键是不能让负极金属与参与反应的电解质接触，既电池反应的还原剂与氧化剂不能接触。因此有人提出如图b的方案，很显然电池没有构成闭合回路，它是不能工作的。在此基础上，如果使用盐桥，设计成图c的装置，实验结果表明电路中有持续电流，且锌电极不再有铜生成，有效的克服了前述电池效率低，不能持续工作的问题。

那么盐桥是怎样构成的？在这里又起了什么作用呢？教材中使用的盐桥是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，由于KCl溶液包含在凝胶中，离子可以在其中自由移动，但不致使溶液流出来。盐桥在图c中既实现锌电极与硫酸铜中铜离子的隔离，又建立了内电路的离子通道，使电路闭合。其电池工作原理如下，锌失去电子成为Zn2+进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+过多，使溶液带正电，从而阻止锌继续失去电子进入溶液，但有盐桥后，盐桥中氯离子会向ZnSO4溶液中移动，中和过多的Zn2+所带的正电荷，保证锌可不断失去电子成为Zn2+进入溶液。同理硫酸铜溶液因铜离子不断减少而带负电，盐桥中钾离子移向硫酸铜溶液也可中和过多的负电荷。因此，盐桥在电池中另一个作用是保持溶液的电中性，使电池能持续工作。

盐桥作用如此之多，那么其使用有哪些需要注意的地方呢？1、用作盐桥的溶液应符合以下条件：（1）阴阳离子的迁移速度相近；（2）盐桥溶液的浓度要大，盐桥溶液不与电解质发生反应或不干扰原电池反应。从盐桥的工作原理看，它能不能无限使用下去呢？从上面盐桥分析知，其钾离子氯离子不但移向电解质溶液，使KCl浓度减小，工作一段时间后，要对盐桥修复。对KCl盐桥的修复，就是把它放在饱和KCl溶液中浸泡即可。

对含盐桥的原电池探讨中，有同学可能还有以下疑问。问题1、电解质溶液的阳离子通常要与电极材料的阳离子相同？如Zn极对应的是硫酸锌，能不能是氯化锌或者氯化钠呢？从上面分析知，只要锌半电池中的电解质不与锌直接反应，锌能以Zn2+进入溶液，其失去的电子通过导线到达正极即可，因此用氯化锌或者氯化钠做电解质也可以，但用氯化铜，硝酸银等可与锌直接反应的电解质就不行。问题2、为使电路闭合，能用铜导线代替盐桥吗？我们知道，盐桥的作用不仅使整个装置构成通路，还能保持溶液的电中性。若用金属代替盐桥，要使溶液保持电中性，那就不是一个简单的原电池问题，此装置原理复杂，了解此点即可，这里不予深究。