鋅銅原電池實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

林紅劍

摘要：通過分析教材中“鋅一銅一硫酸”原電池實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，從雙液電池的構(gòu)造和析氫超電勢(shì)兩個(gè)角度對(duì)電極進(jìn)行改造或替換，使得該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：鋅銅原電池;析氫超電勢(shì);電極改造

文章編號(hào)：1008-0546（2021）01-0097-01

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.028

一、問題提出

人教版化學(xué)《必修2》在化學(xué)能與電能這一節(jié)中安排了“鋅一銅一硫酸”原電池的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是鋅片上有大量氣泡，而銅片上幾乎看不到氣泡。這樣的現(xiàn)象不利于學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)原電池的原理。

二、問題分析

鋅片上之所以會(huì)產(chǎn)生氣泡，其一是因?yàn)殇\片與稀硫酸直接接觸，若使用帶有鹽橋的雙液電池則可以解決問題，但是雙液電池增加了學(xué)生的理解難度，必修課程中不宜采用。

其二是因?yàn)殇\片不純，氫氣在不同的金屬上析出的超電勢(shì)不同，粗鋅中的一些雜質(zhì)使得析氫超電勢(shì)降低，導(dǎo)致氫氣在鋅片上析出。

三、問題解決

方法一：模仿雙液電池的構(gòu)造，將鹽橋隱形化處理。具體措施如下：

1.配制氯化鋅飽和溶液;

2.在氯化鋅飽和溶液中加入淀粉，將溶液加熱，使之呈糊狀;

3.將淀粉糊均勻涂抹在鋅片表面。

如此處理后的鋅片不能與硫酸直接接觸，既起到了雙液電池的效果，又避免了裝置的復(fù)雜化。在演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以觀察到鋅片上無氣泡，而銅片上有大量的氣泡產(chǎn)生。

方法二：運(yùn)用析氫超電勢(shì)對(duì)電極進(jìn)行改造，加大負(fù)極金屬的析氫超電勢(shì)，同時(shí)減小正極材料的析氫超電勢(shì)。一些金屬的析氫超電勢(shì)如表1所示。

由表中數(shù)據(jù)可知，Hg的析氫超電勢(shì)較大，因此用鋅汞齊代替鋅片作負(fù)極可以減少氫氣在負(fù)極上析出。用Pt代替銅作正極可以極大地降低正極的析氫超電勢(shì)，有利于氫氣生成;或者用銼刀將銅片的表面處理成凹凸不平狀，增大銅和硫酸的接觸面積，加快了氫離子在銅表面的吸附速率，因而降低銅的析氫超電勢(shì)[1]。

四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)說明

原電池的原理是一個(gè)難點(diǎn)，需要通過電流表指針的偏轉(zhuǎn)和銅片上的氣泡，來認(rèn)識(shí)電路中有電子的轉(zhuǎn)移以及電子的流動(dòng)方向。原來的實(shí)驗(yàn)看不到銅片上的氣泡，學(xué)生難以借助這樣的宏觀現(xiàn)象來認(rèn)識(shí)原電池的微觀原理。在原有裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)電極進(jìn)行改造，既不增加裝置的復(fù)雜性，又能使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]傅獻(xiàn)彩等.物理化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1990：668-672