高中化學原電池實驗改進方案探究

江蘇省昆山震川高級中學(215300) 陸 梅●

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高中化學原電池實驗改進方案探究

江蘇省昆山震川高級中學(215300)
陸 梅●

化學實驗是高中化學教學的一個重要環節，通過化學實驗不僅能夠幫助學生理解化學知識，還有助于培養學生的綜合能力.然而部分實驗在操作過程中受多方面因素的影響，實驗現象并不明顯，不利于學生的觀察和理解.文中就原電池實驗存在的不足進行了分析討論，并設計了多種探究方案，最終選擇最佳方案來解決原電池實驗操作中存在的不足.

高中化學;原電池;改進;探究

化學實驗是化學教學的基礎，是分析問題，培養學生綜合能力的重要措施.作為高中化學教育工作者，要將化學實驗的作用凸現出來，利用化學實驗引導學生完成“看——趣——疑——思——知”的思想轉變，在教授學生課本知識的同時提高學生的綜合能力.新課程改革實施以來，高中化學實驗存在著一定的不足，很多實驗操作下來并不能取得良好的效果，學生在整個實驗過程中會面臨各種各樣的問題，從而影響了整體的化學課堂教學.改進高中化學實驗，提高實驗效率，對于提高高中化學教學效果具有重要的意義

一、原電池實驗存在的問題

在高中階段的化學教學中，銅鋅硫酸原電池的實驗是一個重要的實驗，是學生必做的實驗之一，該實驗的實驗原理就是將化學能轉變為電能.在實驗的過程中，教師需要將銅片和鋅片同時放在硫酸中，并通過導線將它們連入電流表中，學生觀察實驗現象.其中，鋅片是作為負極來進行反應，因此，它就會失去電子，而銅片是正極，在反應中得到電子，通過在兩個極位不斷發生的氧化還原反應，使得化學能不斷轉變為電能，從而形成電子流向.理論上學生能夠看到鋅片發生溶解，同時銅片上會產生氣泡電流表的指針會發生偏轉.但是在實際的實驗過程中，學生觀察到的實驗現象中是電流表的指針發生了偏轉，鋅片的表面產生大量的氣泡，而銅片表面幾乎沒有氣泡產生.通過電流表指針的偏轉可以得出結論：在這個實驗中有電流產生；鋅片的表面產生大量的氣泡是因為與硫酸發生反應，但是銅的表面沒有產生課本中記錄的實驗現象，這些成為了該部分教學的難點.此時，教師不得不花費大量的時間作出解釋：由于實驗條件的限制，教學中使用的硫酸濃度較低，并不能夠產生明顯的實驗現象等.在這種情況下來帶領學生分析原電池的實驗原理很難達到預期的教學效果，學生會聽的模模糊糊.以此，作為一線高中化學教師需要尋找辦法，解決“銅片表面沒有明顯氣泡產生”的問題.

二、原電池實驗改進方案設計

為了能夠改變原電池實驗中銅片極位沒有明顯氣泡產生的狀況，結合實驗原理設計出了三種探究方案來解決實驗中存在的問題.

第一種方案：提高使用硫酸的濃度.在原有原電池實驗中使用的硫酸濃度為4mol/L，為了能夠使銅片極位看到明顯的氣泡對硫酸的濃度作出調整，分別使用5mol/L、7mol/L和9mol/L的硫酸來觀察實驗現象.在該探究實驗中，使用5mol/L的硫酸進行試驗，銅片極位依然沒有明顯的氣泡產生；當使用7mol/L的硫酸進行試驗時，銅片極位產生了少量的氣泡；當使用9mol/L的硫酸進行試驗時，銅片極位產生了較多的氣泡.

在該探究性試驗中，隨著硫酸濃度的增加，銅片極位上雖然產生了較多的氣泡，但是電離出的氫離子和硫酸根離子也逐漸增大，從而導致電流表的偏轉也增大，甚至超過原有的量程，不符合電流表的使用標準.如果使用的硫酸濃度較低，電流減小了，但是銅片極位的氣泡也減少了，不利于實驗現象的觀察.另一方面，使用高濃度的硫酸，一輪實驗下來需要大量的藥品，并且還容易發生安全事故.因此，該解決方案實施存在一定的問題.

第二種方案：減小電路中的電阻.根據對實驗原理的分析，有可能是因為電路中電流表的電阻較大，導致銅片極位的氣泡不夠明顯.在實驗中，將電流表直接去除，利用導線直接將銅片和鋅片連在一起放入硫酸中，來觀察實驗現象，此時就會看到通篇的表面出現了大量的氣泡，以此驗證了在銅片極位電離出大量的氫離子.該實驗方案雖然解決了銅片極位產生氣泡不明顯的問題，但是去除電流表后就難以驗證電流的產生，就改變了整個實驗的本質，因此該實驗方案并不能夠完全解決原電池實驗中存在的不足.

第三種方案：利用兩個較粗的銅絲和鐵絲，將它們擰成麻花狀連入電路中另一頭放入4mol/L的硫酸溶液中，觀察實驗現象.此時會發現電流表指針會發生偏轉并且銅絲的表面會產生大量的氣泡與課本中描述的實驗現象一致.為了進一步對該實驗方案進行改進，實驗中選取了2mol/L、1mol/L的硫酸溶液進行試驗，最終發現使用2mol/L的硫酸溶液進行試驗也可以得出相應的實驗現象，大大減少了藥品的使用.

三、原電池實驗改進結論

為了改良原電池實驗中銅片極位氣泡不明顯的情況，通過實驗探究發現第三種解決方案非常合適.在改良實驗中利用鐵絲代替銅片降低了試驗成本，在取材上變得更加簡單.另外，將4mol/L的硫酸溶液換成2mol/L的硫酸溶液，降低了硫酸濃度，減少了藥品的使用，降低了實驗成本.總體上來說，改良后的實驗達到了節約成本、實驗現象明顯、操作簡單的目的.

[1]徐明波,呂洪杰.淺談高中化學創新實驗設計[J].湖北師范學院學報(自然科學版), 2013.(3). 77-79.

[2]陳太平.關于高中化學實驗綠色化的研究[J].數理化解題研究, 2013. (7). 51.

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1008-0333(2017)10-0094-01