计算电解液导电电流之误区

计算电解液导电电流之误区

林罗军

林罗军

（威海一中，山东威海264200）

某出版社出版的一份刊物，对于电解液导电及其电流的计

算有这样一段叙述并附有例题：导电时电流的计算（易错题）：

电解液导电与金属导电不同，金属导体中自由电荷只有自由电子，而电解液中的自由电荷是正负两种离子，应用I＝qt计算时，q应是同时的正负两种离子通过某横截面积的电量的绝对值之和，这是应用I＝qt的关键。

例1：某电解池中，若在2S内各有1.0×1019个正2价正离子和2.0×1019个一价的负离子通过某横截面，那么通过这个截面的电流是多少？

A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A

解析：本题考查的知识是电流的定义，由题意可知，电流是由正负离子定向运动形成的，则在2S内通过某截面的总电量q＝1.6×1.0×10-19×2×1019＋1.6×10-19×2×1019＝6.4C，由电流的定义知I＝qt＝6.42＝3.2A

以上阐述和计算都是不正确的，是一种“想当然”的思维在作祟。

问题主要出在把电解液导电过程单纯视为物理过程，而未分析进行的化学反应。

现从三个方面进行分析：

一、从原始电流强度单位———安培的定义来讨论

若恒定电流通过硝酸银溶液，1秒钟内能析出0.001118克纯银，这个电流强度为1安培。

在硝酸银溶液中，自由电荷是Ag＋1和NO3-1，当其中形成电流时，Ag＋1向负电极定向移动，NO3-1则向正电极定向移动。

当流过的电流是1A的恒定电流时，1秒则有0.001118克的纯银析出。这0.001118克的银在离子状态携带的电量是多少？是否如“刊物”所述那样，等于0.5C？现在通过计算予以验证。已知1mol的银的质量M＝107.9g，阿佛加德罗常数NA＝6.02×1023mol-1,元电荷e＝1.602×10-19C。

设质量m＝0.001118g银中的原子个数为n，n个一价银离子所带总电量为q，则q＝ne，而n＝NA=mMNA

∴q＝0.001118107.9×6.02×1023×1.602×10-19＝0.9993≈1C

可见，正离子Ag＋1在1秒内所移动的总电量即为1C，而不是像《学案》所说的那样：q应是同时的正负两种离子通过某横截面积的电量的绝对值之和。

二、根据法拉第电解定律进行计算

根据法拉第电解第一定律，若通过电解液的电量为q，通电时间为t，负电极上析出的金属质量m＝kq＝kIt⑴

式中k为该物质的电化当量，I为电流强度。根据法拉第电解第二定律，电化当量为k＝1F·Mn

⑵

式中M为物质的摩尔质量，n为化合价，F为法拉第恒量。实验测得F＝96501.2C/mol。

于是有m＝1F·Mn·q⑶

若通过硝酸银溶液的电量是1C，能析出多少纯银？

根据⑶式有：m＝107.9×1

96501.2×1＝0.00111812≈0.001118gF是实验值，有一定误差。

计算结果说明，通过硝酸银溶液的电量是1C时，析出的纯银为0.001118g。前述曾计算过，0.001118g纯银，在离子状态时带电总量恰是1C。由此可知，通过电解液的1C的电量，是一种离子（或者是正离子，或者是负离子）所携带并定向移动的总电量。

三、电解液导电过程分析

为方便计，经HCl水溶液导电为例进行分析。如图所示，电路接通后，在电解液中H+在静电力作用下向负极N定向移动，同时Cl-向正极M定向移动。每当有两个H+移近负极N，从N上获取两个电子，并生成一个氢分子H2析出，与之同时有两个Cl-移近M，并把两个电子转移到M，从而生成一个Cl2析出。在外电路也同时有两个自由电子通过导线横截面。流过电流表的电量是两个元电荷和（2×1.602×10-19C）而不是四个元电荷的电量之和。综上所述，当外电路在⊿t时间内有n个自由电子通过导线横截面时，在电解液中，同一时间内有带电总量为n×1.602×10-19C的正离子和带电量同样多的负离子分别沿相反方向通过电解液的横截面作定向运动，使电路中维持连续而持续的电流。