电解液中的电流刍议

黄雄

(江阴南菁高级中学 江苏 无锡 214400)

两类导体，有不同的载流子，不同的载流子之间如何传递电荷呢？如图1所示，电源负极流出的电子，到了电解池的阴极，经过还原反应，将负电荷传递给溶液(电子与正离子复合，等于溶液中负电荷增加).在溶液中依靠正离子向阴极运动，负离子向阳极运动，将负电荷传递到阳极.又经过氧化反应，将负电荷以电子形式传递给电极，极板上累积的自由电子经过导线流回电源的正极.由此可见，两类导体导电方式的转化是通过电极上的氧化-还原反应实现的.

图1

如前所说，电流在溶液中的传导是由正、负离子分别向阴极、阳极定向移动共同承担完成的.同时，在相应的两极界面上发生氧化-还原反应.现在考察电解过程中电极旁溶液及中间部溶液的浓度变化.设通电前阳极部、中间部、阴极部各含正、负离子5 mol，通电的电荷量为 4 F(F为法拉第恒量).为方便起见，阴、阳极设为惰性电极，正、负离子的迁移速率相等，且均为一价离子，如图2所示.通电4 F后，中部溶液浓度不变，阳极部、阴极部浓度相同，但离子量各比通电前减少了 2mol.从图2清楚地看到，到达阳极的负离子有从阴极部迁移过来的，也有阳极部直接过来的，通电的电荷量为 4 F，到达阳极的正离子的电荷量即为4 F.不过，离子电迁移过程会带来溶液浓度的不均衡，需结合其他液相传质方式，达到某种动态平衡.电极上某种离子的放电量(发生反应量)不等于电解液中某截面上通过该离子的量，原因是电流由正、负离子共同承担.

图2

图3

根据电荷守恒定律，在稳恒电流的条件下，对于任何闭合曲面S，面内的电量不随时间变化.在无分支的电路中，容易证明，各个截面的电流相等.在如图3所示的电解池回路中，画出封闭曲面Ⅰ，与金属导线的横截面为A，对于截面A，若t时间流出电子电荷量为Q，在同时间内，封闭曲面Ⅰ与电解液纵截面B流入的负电荷也为Q(正负离子电荷量绝对值之和).再画出封闭曲面Ⅱ，与金属导线横截面仍为A，与溶液、阴极交界面相截于C，在C截面上t时间内通过的正离子电荷量应为Q，正好与阴极流入的电子电荷量Q复合.