关于电解过程中电流变化问题的讨论.docx

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关于电解过程中电流变化问题的讨论

实际上在电解过程中，引起通过电路的电流变化的原因是多种多样的。

我们先从这个电路开始看，找出其中影响电流的因素：

在这个电路中，我们连接了一个稳压电源、几根导线、一个电阻箱、一个电流计、一个开关和一个电解槽。

在这个电路里面，因为电源是稳压电源，所以不会存在电压不稳对电路的影响，而开关和电流计是不会对这个电路的电流造成影响的，电阻箱又是我们自己在调节，所以我们讨论的重点应该在于两个地方：

一个是非电解槽部分的电阻，一个是电解槽。

首先是非电解槽而含电阻的部分。

我们知道导线、电流计等等本身就是有电阻的，而我们整个电路会通过电流，这样电流就肯定会有热效应，也就是说整个电路中存在电阻的部分，包括导线、电流计等，金属电阻温度升高会导致他们的电阻升高。

当然，温度升高还会导致电解槽中溶液温度升高，使得离子移动速度上升，电阻减小，电流增大。

但是这种效应在我们的实验条件下幅度应该是比较小的，我们不把它当作主要的影响电流的因素。

然后是电解槽。

电解槽中的情况比较复杂，影响电流变化的因素也比较多，我们把它们分成两种，第一种是导致电流增大的因素。

这些因素首先包括溶液总体离子浓度的增大。

我们在电解的时候铜离子在阴极上得到电子，氢氧根，或者说水，在阳极失去电子，生成氢离子，但是每有一个铜离子得电子，根据电子守恒，就会有两个氢离子生成，并且，有一定量的水失去电子生成氧气和氢离子，这两点使得整个溶液中的离子浓度有所增加，这样的话单位体积内的载流子的数量就会增加，根据电流的决定式I=nesv，在其他量不变的情况下，n变大，会导致电流的变大。

其次的一点是，铜离子在得电子后生成的是铜单质，这些铜单质就附着在我们的铜片上，相当于我们的铜片变厚了，这样的话根据金属电阻计算式R=ρl/S,S增大，金属的电阻会减小，同样会导致电流的增大。

最后一点，也是很重要的一点是，我们在电解时阳极会产生氧气，将我们本来装在滴定管里面的溶液排到了烧杯中，使得烧杯中的液面上升，而且通过实验我们可以发现，这个液面上升的效果应该说是很显著的。

液面上升对本实验中电路的电流有两个影响。

首先，铜片与液体的接触面积增大，铜片与液体的并联部分增加，导致整个电解槽部分的电阻减小，电流增大。

同时如果我们把电解槽整体当作一个电阻，液面升高，从侧面，也就是电流流动的方向来看电阻横截面积增大，电阻减小，电流加大。

至于使得电流减小的因素，主要是以下几点。

首先，各种离子在电极附近会有一定程度的消耗，在阴极，铜离子的浓度比较快地减小，而在阳极生成的氢离子需要一定的时间才能扩散到溶液里面，这样虽然溶液整体上看离子数增加，但是在很短的一段时间内，电流应该是减小的。

同时，生成的气体也需要一定的时间才能脱离电极，在它附着在电极上的时候电阻增大，电流减小。

其次，在实验刚刚开始的时候，很可能会观察到电流是先减小再增大的。

经过查阅文献我们得到了这样的一个结论：

由于铜的氧化是一个自发的氧化还原反应，这就使得阳极产生的氧气和阴极的铜有形成原电池的趋势，这样就会在电路中形成一个反电动势，这个反电动势是一定的。

当我们通电开始电解一段时间后，会产生氧气和铜，这时开始有反电动势的形成，因此电流会有一定程度的减小，而之后反电动势趋于稳定，电流再次开始回升。

由于我们的实验结果趋近于电流呈升高趋势，所以我们认为造成变化的主要因素应该在使电流变大的方面里找。

而在这几点里面，经过计算我们知道，铜离子和氢离子的浓度相对于反应的铜离子和生成的氢离子浓度是很大的，因此浓度变化我们可以认为影响很小。

出于同样的原因，析出的铜单质的量其实也是很少的，铜片厚度的增加对于电流影响很小。

而在实验中我们不难发现，液面上升这个现象其实很显著，铜片从刚开始的一小部分浸入液体会在电解结束后变为一大半浸入电解液。

因此我们断定，影响电流变化的主要原因，应该是烧杯中液面的升高。

而至于试验中所采取的减小电流变化的措施，首先也是最有效的应该是我们人为地调整了电阻箱的电阻使得电流趋于不变；其次我们使用了稳压电源，避免了电压的波动，也减小了电流的变化幅度；最后，我们的铜离子和氢离子的浓度比较大，这样也减小了电流的波动幅度。

所以关于最后一个问题……这一次讨论给我们的启发，是我们在设计实验的时候应当考虑周到，尽量通过各种方法消除可能因素对于实验的影响。