電化學中的濾紙實驗

邢泰宇

（湖北省應城市第一高級中學 湖北 應城 432400）

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，學習化學離不開實驗。中學生喜歡化學，其大部分原因是對化學實驗感興趣。在電化學教學過程中，適當引入一些與教學內容、實際生活相關的趣味性實驗、濾紙實驗，必將會激起學生的好奇心和求知欲，調動其學習的積極性。

一、為音樂賀卡供電

1.實驗用品

鋅片、銅片、ZnSO4溶液、CuSO4溶液、飽和 KCl溶液；玻璃板、濾紙、市售帶燈的音樂賀卡。

2.實驗過程

圖1 簡單鋅銅單液原電池

圖2 簡單鋅銅雙液原電池

實驗一：①將鋅片、銅片用雙面膠平行粘貼固定在玻璃板上，兩金屬片相隔一段距離。②用導線連接兩金屬片上部以及市售的帶燈的音樂賀卡導線。③將用CuSO4溶液浸濕的濾紙覆蓋在兩金屬片下部，使整個裝置構成回路，如上圖1。

現象：鋅片表面變黑，音樂賀卡的音樂響起來，指示燈亮起來，很快音樂聲變小、指示燈亮度變暗。

解釋：鋅片、銅片、濾紙上的CuSO4溶液構成了原電池裝置，為音樂賀卡提供了電能，使其工作。但由于鋅片與CuSO4溶液接觸直接反應，鋅原子把電子直接給了接觸的 Cu2＋，得不到電流［1］，部分化學能轉變為熱能［2］損失了，使該原電池供電能力有限，電流衰減快，故音樂聲變小、指示燈亮度變暗。

3.實驗改進

實驗二：①準備工作同實驗一中的第①、②步。②將用ZnSO4溶液浸濕的濾紙覆蓋在鋅片下部，用CuSO4溶液浸濕的濾紙覆蓋在銅片下部，兩片濾紙再用浸有飽和KCl溶液的濾紙覆蓋，使整個裝置構成回路，如上圖2。

現象：音樂賀卡的音樂響起來，指示燈亮起來，且能持續較長時間。

解釋：鋅片、濾紙上的ZnSO4溶液構成氧化反應的半電池，銅片、濾紙上的CuSO液構成還原反應的半電池，浸有飽和KCl溶液的濾紙作為鹽橋，溝通電路，構成了雙液［3］原電池裝置，為音樂賀卡提供了電能。另外，鹽橋的設計，使氧化反應和還原反應分別在不同的區域進行［4］，避免了鋅片與CuSO4溶液接觸直接反應，提高了裝置的能量轉換效率，故音樂賀卡能持續工作較長時間。

4.實驗設計意圖

第一，濾紙的使用使得溶液的用量減少，避免了燒杯實驗中的浪費和污染。 第二，帶燈的音樂賀卡在實驗一中的衰減與實驗二中的較長時間穩定現象，能夠直觀地說明原電池裝置設計的合理性，對于能量轉換效率至關重要［1］。第三，帶燈的音樂賀卡可加深學生對原電池工作原理的感性認識，同時又增強了實驗的趣味性。

二、寫彩色字的黑色鉛筆

1.實驗用品

Na2SO4溶液、石蕊溶液；直流電源、玻璃板、濾紙、鉛筆兩只。

2.實驗過程

①將兩只鉛筆兩端削尖，漏出里面的石墨；再將兩只鉛筆的一端用導線分別連在直流電源的正、負極上，如上圖3。②將浸有Na2SO4溶液的半干的濾紙（紙上無明顯液體）鋪在玻璃板上，再滴加一、兩滴石蕊溶液，使之均勻分散開。③打開電源開關，用兩只鉛筆的另外一端在濾紙上寫字或劃線等。

圖3 寫彩色字的黑色鉛筆

現象：連接電源正極的鉛筆寫的字是紅色的，連接電源負極的鉛筆寫的字是藍色的。

解釋：鉛筆中的石墨、直流電源、濾紙上的Na2SO4溶液構成了電解池裝置。連接電源正極的鉛筆作陽極，筆尖處發生 2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋反應，破壞了水的電離平衡，生成的H＋使石蕊溶液變紅色；連接電源負極的鉛筆作陰極，筆尖處發生 4H2O＋4e－＝2H2↑＋4OH－反應，破壞了水的電離平衡，生成的OH－使石蕊溶液變藍色。

3.實驗設計意圖

濾紙做反應場所、鉛筆做電極，簡便易行，用鉛筆寫出紅或藍色的字，實驗有趣，學生參與積極性更高，寓教于樂。學生在輕松理解電解池工作原理同時，對電極反應也有了正確的認知。

［1］ 宋心琦等.化學選修 4［M］.北京：人民教育出版社，2007：70－72

［2］ 曹錫章等.無機化學 （上）［M］.北京：高等教育出版社，1994：422

［3］ 孫旭.新課程高中化學實驗全解［M］.武漢：湖北教育出版社，2014：153，154

［4］ 宋心琦等.化學 2［M］.北京：人民教育出版社，2007：40