铜―锌原电池原理实验改进

　　摘 要：电池在现代人们中发挥着越来越多重要的作用，人们的生活离不开电池，本文主要阐述铜―锌原电池原理实验改进。 　　关键词：铜―锌原电池 原理试验 改进方法 　　中图分类号：G40 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）09-0123-01 　　在现代生活、生产和科学技术的发展中，电池发挥着越来越重要的作用，大至火箭飞船、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船，小至电脑、收音机、照相机、电话、助听器、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。而这些电池都是应用原电池原理制作出来的。新人教版必修二第二章第二节安排了原电池原理及其应用的教学，这部分知识较抽象，学生难以理解。因此，我对原演示实验进行了部分改进，能更直观的演示原电池原理，展示化学反应过程和结果。 　　原电池实验是现行高中教材中一个典型的演示实验，实验装置简单明了，学生很容易理解，但是，实际操作过程中确实存在一些问题。现总结如下： 　　1.实验时往往在铜片和锌片上同时观察到有气泡产生。 　　2.锌片溶解现象不明显。 　　3.对于原电池的微观变化无法解释。 　　4.电流方向的判断不直观。 　　总之，现象与知识无法合理统一，不利于学生真正理解和掌握。演示实验大多是为教授知识和理论服务，只有与知识统一的实验现象才有利于学生对知识的理解和掌握。因此，许多化学工作者为之努力，但往往锌失去电子变成锌离子进入溶液无法在短时间内观察到，与真正的统一仍有距离，许多教师纷纷采用电脑模拟的方法克服此难题，但毕竟不能代表实际实验。那如何改进才能使原电池原理的实验现象与原电池原理真正统一呢？ 　　一、实验改进的目的 　　通过改进锌电极来增强原电池的实验效果.用发光二极管指示电流方向，直观明了。 　　二、改进原理及方法（装置如图所示） 　　1.锌片：锌片表面产生大量气泡是因为锌片不纯所致，使之表面产生许多微小的原电池，处理方法是用硝酸汞稀溶液浸泡，约20分钟，再用水洗净即可，使锌极汞齐化，提高锌极H2的过电位，消除气泡。 　　2.电解质溶液：使用稀硫酸溶液，控制浓度在0.5-1.0mol/L为宜。且稀硫酸溶液纯度要高（含杂质会引起锌电极自动放电），可用分析纯硫酸与蒸馏水混合配置。 　　3.为了更直观的观察出锌失电子成为锌离子进入溶液，电子沿导线流入铜片，氢离子在铜片上获得电子生成氢气而放出，可以考虑将锌电极设计成尖端，使之在短时间内放电而被消耗，这样可帮助我们认识微观变化过程。 　　4.把两个反向并联的发光二极管接入电路，如图。下面二极管发光，说明外电路电流方向为由铜极流向锌极。 　　三、实验过程 　　1.用锉刀或砂纸将锌极用力打磨，并将锌片剪成有尖端，打磨的越薄越好，用硝酸汞稀溶液浸泡，约20分钟，再用水洗净，提高锌极H2的过电位，消除锌极上的气泡。用石蜡封住尖端以上部位，便于观察锌极变化。 　　2.在原电池实验槽中加入500mL 2mol/L的稀硫酸，锌极和铜极和发光二极管用导线连接插入槽中。 　　观察现象：可观察到铜极表面有气泡产生，锌极无气泡，且尖端逐渐溶解，而变得平滑。通过发光二极管是否发光可看到电流方向为由铜极流向锌极，从而，可验证电子流向是由锌极经外电路流向铜极，即由负极流向正极。 　　实验过程中可仔细观察锌极尖端的变化情况，对比实验前后形状，得出结论：锌极溶解，作负极。 　　电极反应式：负极（锌片）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应） 　　正极（铜片）：2H++2e-=H2（还原反应） 　　总反应： Zn+2H+=Zn2++H2 　　四、总结归纳 　　1.该实验中锌片可采用镀锌的铁片（电镀锌纯度较高）代替，效果会更好。 　　2.通过多次反复实验证明，铜锌稀硫酸原电池实验中铜锌电极上的气泡多少与铜锌电极的表面积和电极材料、稀硫酸的浓度和温度有密切关系.在室温条件下，用3%-5%的稀硫酸，用较大表面积的“电解铜”和表面积较小的锌片作电极效果较好。 　　3.发光二极管的使用效果比灵敏电流计更好，可以更直观的看出电流的方向，外电路是从铜极到锌极，从而判定外电路电子的流动方向，是从锌极到铜极。 　　4.此改进的优点 　　该方法仪器简单，操作方便，现象明显，有利于学生对原电池原理的进一步探究，有利于教师突破教学难点。 　　参考文献 　　[1]张艳. 铜锌原电池演示实验装置改进[J]. 化学教育，2013，08：63. 　　作者简介：侯增洁，毕业于河北师范大学，现在廊坊市教育局教学仪器站工作，主要负责实验教学和现代教育技术装备方面的研究.