原电池演示实验装置改进
- 格式:doc
- 大小:728.00 KB
- 文档页数:7
铜锌原电池改进实验设计摘要:在演示铜锌原电池实验时,由于锌片纯度不够高造成实验过程中锌片产生大量气泡,而铜片表面的现象并不明显。
针对该问题可以对课本中的实验装置进行改进,从而确保学生充分观察到实验现象,得出正确的实验结论。
高中化学教材必修二第三章第一节第二课时实验6-3关于铜锌原电池装置如图1所示,将铜片锌片直接插入到稀硫酸溶液中,或者是使用盐桥的铜锌原电池装置[1]。
然而在学生实验中,图1所示的实验装置中锌片产生大量气泡,铜片实验现象并不明显;使用盐桥可以很好地避免这些缺陷,然而在带领学生做大量实验时发现,该装置制作盐桥步骤复图1铜锌原电池实验装置杂,同时会造成药品不必要的浪费。
经过查阅文献,找到一些效果很好的锌铜原电池改进实验装置,如图2所示,该实验中通过稀氯化钠溶液与双层滤纸可以对锌片起到会很好的保护作用,从而在铜片表面观察到明显气泡现象[2],然而在笔者尝试实验时,却发现该实验操作复杂,不利于学生操作。
为了能使同学们充分观察到实验现象,同时便于学生实验操作,笔者对铜锌原电池实验装置进行改进,实验改进如下,图2铜锌原电池改进实验装可供参考。
一、设计思路:经过查阅资料,发现工业生产的锌锰干电池中用到淀粉氯化铵胶体保护负极,并且可以形成内电路产生稳定电流[3],于是设计了用淀粉氯化钾糊保护锌片,同淀粉糊时不影响锌片表面离子转移,经过实验可以清楚地看到铜片表面产生大量气泡,锌片几乎不产生气泡。
改进实验装置如图3所示二、改进方法:图3铜锌原电池简易装置(一)取120g氯化钾分两次加入到300ML沸水中,搅拌至完全溶解,称量42g淀粉分三次加入氯化钾溶液中,充分搅拌适当加热至呈胶状后停止加热,就得到了所需要的淀粉氯化钾糊。
(二)将锌片均匀涂上所制淀粉氯化钾糊,然后包上一层滤纸,与铜片连接电流表插入2.5mol/L的稀硫酸溶液中。
(三)观察到铜片产生气泡后,即可取出锌片。
经过以上操作,可于50S内在铜片上观察到明显气泡现象,从而证明铜的表面发生氢离子得到电子的还原反应,实验现象揭示了铜锌原电池的本质:将氧化反应和还原反应分别在不同的区域进行。
【提出问题】在人教版《普通高中课程标准实验教科书·化学2》“化学能与电能”中学习了原电池的原理,我们认识了电池的实质,同学们能否自己动手,运用生活中的材料制作简易电池,如何制作呢?又如何检验原电池是否正常工作?如果根据实践活动“利用水果如苹果、柠檬或番茄等制作原电池”。
那么, 如何才能做成一个效果较好的水果电池呢? 影响水果电池的电流的因素究竟有哪些呢?【探究目的】1. 巩固原电池的原理及形成形成;2. 认识影响水果电池产生电流大小的因素;3. 形成多角度思考问题的习惯;4. 加强化学与生活的联系。
【实验设计方案】1. 实验思路水果中含有大量糖类、蛋白质、生物酸等物质, 其中的生物酸起到电解质的作用。
许多水果(如番茄)的汁液显酸性,若在这些水果里平行地插入铜片和锌片即可形成原电池。
理科教材中的探究活动通常将两个半熟的番茄相连,再用铜片和锌片作电极,构成原电池,同时使用检流计来检验原电池,该实验在理论上是可行的,但实际操作过程中往往收不到理想的效果。
原因在于通过此种方式形成的电路中,电压太小,电阻却较大,即便是灵敏电流计在很多时候也很难测出如此微小的电流。
故而本实验利用音乐贺卡和发光二级管来检验原电池是否正常工作,同时探究水果电池所产生的电流大小与电压与水果电池个数,电极材料及电极之间的关系。
2.实验原理运用生活中常见的水果作为电解质,用两种极性不同的金属,铜片和锌片做为电极,锌片做负极,铜做正极,运用检流表,电压表,发光二级管以及音乐贺卡来检验原电池是否正常工作,以及电流、电压大小。
原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生,从而在外电路中产生电流。
水果电池是利用两种金属片的电化学活性是不一样的,其中更=较活泼的金属片能置换出水果中的酸性物质的氢离子,这样,从理论上来说电流大小直接和果酸浓度相关,负极发生氧化反应,正极发生还原反应。
本实验所设计原电池正负极反应如下:铜锌原电池电池反应方程式:Zn+2H+=Zn2++H2负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+正极(Cu):2H++2e-=H2锌电极失去电子,从导线经过电流表到达铜表面,电流表指针发生偏转,电流方向与电子转移的方向相反。
原电池电动势测定实验的改进摘要从原电池的结构装置和硝酸亚汞的浓度选择2方面对原电池电动势测定实验进行了一些的改进,从而克服了实验中经常出现溶液渗漏的现象,并且减少了对环境的污染。
关键词电池装置硝酸亚汞误差1电池结构的改进原电池电动势的测定实验是传统的物理化学实验之一,应用十分广泛,如平衡常数、活度系数、解离常数、溶度积、络合常数以及某些热力学函数的改变量等均可通过原电池电动势的测定来求得[1~4]。
现行实验教材中的电池体系多为用铜、锌、饱和甘汞电极及相应电解液组成的电池[3~5]。
目前所采用的电池装置及电极处理仍有需改进。
文献中报道的电极制备方法,要么制作麻烦,虹吸管电极的管中控制较难,不易操作;要么制成的盐桥,长期使用容易使两边溶液相互渗漏[6,7],影响实验结果。
为此,我们设计了一种简单、易行的测定装置,如图1所示,盐桥与电池管分开,这样做琼脂不会像三管电池装置中的那样,出现溶液渗漏,并且盐桥易制易洗,我们装置的电池管口径为2 cm,高为7 cm~8 cm,中间为玻棒连接,适宜对原电池在恒温下进行测量,学生操作简单,具有通用性。
在锌电极的汞齐化制备中,一般实验教材中用饱和硝酸亚汞或汞,锌电极要在其中浸3 s~5 s,学生难以控制,且时间长了,则使锌片断裂,我们通过不同浓度的对比,观察锌片表面的情况见表1,最后选择0.025 mol/L的硝酸亚汞溶液,浸入时间为15 s~20 s,这样易于学生操作。
同时由于硝酸亚汞浓度的降低,也有利于减少对环境的污染。
3电极的处理电极的制备方法很多[3~5],这里我们介绍一种简单易行,且效果较好的制备及处理方法:(1)铜电极用铜导线自制的电极,先用砂纸打磨,再在 6 mol/L 的硝酸中浸洗,以除去表面的氧化物,待表面呈紫红色,取出洗净,放入0.025 mol/L 硝酸亚汞溶液中汞齐化 20 s~30 s ,取出,洗净擦干,立即放入铜盐中。
(2)锌电极用锌片(纯度为99.99%)自制的电极,用砂纸打磨后,先用6 mol/L的硫酸除去表面的氧化物,并用水洗净,再在0.025 mol/L硝酸亚汞溶液中汞齐化15 s~20 s,取出,洗净擦干,立即放入锌盐中。
氢氧燃料电池演示装置的改进真正的实用型燃料电池的制作工艺对于大多数人包括我们中学化学老师来说都是陌生的,学生对燃料电池的了解则更是仅限于课本及参考书对燃料电池基本原理的介绍。
许多同学问过这样的问题:氢气和氧气互不接触竟然反应生成水且产生电流,太不可思议了,老师能否给我们做做这个实验?看来我们很有必要利用简易装置给学生演示一下氢氧燃料电池的工作原理。
图1是许多习题中出现的装置。
使用时先用直流电源电解NaOH溶液,当收集到一定量氢气和氧气时停止电解,将电源换成灵敏电流计,电流计指针出现偏转。
我按图1所示做了一遍,发现实验现象倒是令人满意,电流计指针偏转很明显;但同时也发现,该装置有2个明显的缺点,(1)需要用大量的NaOH溶液。
(2)不便往玻璃管中加NaOH溶液。
如果先将塞子打开,让液体从玻璃管下口流进,只能流进一半;要灌满就必须将塞好塞子的玻璃管整体平放在碱液中,碱液灌满以后再将其竖直。
但由于玻璃管沾满了强腐蚀性的烧碱溶液,所以后面的操作会很不便。
经过反复实验后,我设计了图2所示的实验装置,使用方便,效果很好。
1实验用品滴定架、小型干燥管、长颈漏斗、三通管、氢氧化钠溶液、碳棒、直流电源、灵敏电流计。
2使用方法(1)按如图2所示将干燥管、长颈漏斗、三通管连接起来并固定在滴定架上。
(2)添加碱液。
先将干燥管的塞子松动透气,再从长颈漏斗注入NaOH溶液,当干燥管中液面接近胶塞时停止,然后塞紧塞子(不要加满碱液,否则塞紧塞子时碱液会溢出),从滴定架上取下干燥管,使其小口向上,用手挤压或抖动胶管使干燥管中残留气体逸出,然后再往长颈漏斗中加碱液至漏斗下面的玻璃管加满为止,然后把干燥管重新固定在滴定架上。
(3)用16~24V直流电源电解NaOH溶液,生成少量气体后停止,将电源换成灵敏电流计,电流计指针偏转明显,电流最初可达100μA,然后逐渐减弱,最后稳定在25μA。
这是由于电解时碳棒表面吸附了许多微小的氢气与氧气的气泡,碳棒附近溶液中气体的活度较大,所以原电池开始放电时的电流较大;随着气泡的消耗,电流迅速减小,当电流稳定在25μA时,电流大小主要取决于表层溶液中氧气和氧气的浓度,液面上气柱的高低对电流影响不大,因此只要电解几分钟气体就足够了。
经典原电池的实验改进作者:付伟凭陆放孟庆柱来源:《中学化学》2014年第11期一、问题的提出人教版化学1《化学能与电能》中指出:要想使氧化还原反应放出的能量直接转变为电能,要设计一种装置,使氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行,并使其间的电子转移,在一定条件下形成电流。
教材中设计的图1原电池是铜锌原电池,如图1所示。
此装置由于氧化剂硫酸与还原剂锌直接接触,所以锌片上始终产生气体,这会给学生带来误解,同时放电时间也较短,而此时又不适合引入双液原电池。
据此,将此实验改成了如图2所示方式。
此模型相当于把双液原电池的盐桥放置于底部,且简化了盐桥。
二、改进的原理和装置利用教材上铜锌原电池原理进行改进。
用一个直径为2 mm的玻璃管弯成如图2所示形状。
向其中玻璃管的底部加入棉花,将玻璃管侧放,小心的加入硫酸钠溶液,然后竖起,再向另一侧加入硫酸溶液。
取一长段铜丝,一端用锌丝缠绕插入硫酸钠溶液中,作负极。
铜丝另一端放在硫酸溶液中,作正极。
约5 min后,观察到铜丝有气泡产生。
也可以在中间连接发光二极管,可以发亮。
其他检测电流的方式均可。
此装置的优点是,负极锌不与硫酸钠溶液反应,故看不到气泡产生,正极的铜不与硫酸反应,但是可以清楚的看到正极有气泡产生。
由于锌失去电子形成锌离子,故右侧的硫酸根向此迁移。
铜极聚集了电子,氢离子向铜极迁移,在此产生气泡。
加入的棉花,相当于离子交换模。
此时产生的气泡可以很好的说明氧化剂和还原剂分开,它们之间的电子转移形成了电流。
学生理解起来也很容易,并且适合学生小组实验。
而且需要的药品量少,放电持续的时间长,还可以重复利用。
三、注意事项1.硫酸的浓度在40%~50%之间。
2.若用发光二级管可用红色的发光二极管,所需的电流小。
3.用锌丝和铜丝的效果要比片状的效果好。
(收稿日期:2014-08-25)。
巧用U形管改进原电池实验二则一、铜锌原电池教材上给出的装置是用烧杯盛装稀硫酸来做实验的,也可以用购买的原电池实验器来做铜锌原电池实验,但都是将铜片和锌片插入同一个反应空间,铜片和锌片相隔不远,锌片和酸反应产生大量的气泡充满其中,影响了对铜片上是否有气泡产生的观察。
若把反应容器换成较大的,使铜片和锌片距离相隔较远,观察铜片上产生气泡的效果较好些,可是又要消耗更多的稀硫酸。
由于原实验方法存在上述缺点,笔者做了如下改进。
改进后装置,如图1(固定仪器略)。
实验时,向小U形管中加入约1mol/L的稀硫酸溶液至2/3高度左右,一边插入铜片,一边插入锌片(铜片和锌片都不要插到U形管底部,以免影响对铜片上产生气泡的观察,可切小块橡胶塞将其固定在U形管的中上部),导线不连接时,锌片上产生气泡,铜片上无气泡。
将铜片与锌片分别连接上导线后,铜片上产生气泡。
若在两电极之间连接灵敏电流计,指针偏转,说明电路中有电流通过。
图1装置优点:(1)装置简单,药品用量少、铜片上产生气泡现象明显。
(2)装置小巧,作演示实验时,教师可拿着它走下讲台,让更多学生观察铜片上产生的气泡。
(3)将三个这样的铜锌原电池串联,可使发光二极管连续发出亮光。
若光线变暗,轻轻振动装置,又恢复亮光。
二、氢氧燃料电池人教旧版《化学》第二册(必修加选修)和人教新版《化学》(必修2)中有关燃料电池的内容中都没有安排“燃料电池”实验教学,学生对燃料电池只有抽象的理解,没有直观感受,不利于学生对燃料电池的认识,因此在教学中应补充“氢氧燃料电池”实验教学。
图2将图1装置中的铜片锌片均换成碳棒,用布将碳棒裹一周,再用胶筋固定其下端,即得氢氧燃料电池装置。
实验时,将两个相同装置连接(如图2),向U形管内加入氢氧化钠溶液,将两端导线分别与学生电源6V0.3A档正负极连接,通电半分钟后,撤出电源,再把两端导线与发光二极管相连(注意区分正负极),可以看到发光二极管发光数秒钟。
LiberalArtsGuidance2021年06月(总第413期)文理导航No.06,2021Serial No.413“旧瓶装新酒”———Cu-Zn 双液原电池演示实验创新设计的实践和思考谭大鹏戴跃华(江苏省镇江第一中学,江苏镇江212000)【摘要】积极开展对教材传统演示实验的创新研究,有利于提高化学课堂教学质量,提高教师专业水平。
实验采用更为简洁的一体化实验仪器,既简化了实验装置,又节约了试剂用量;把这个原本无人问津的“纸上实验”创新成既可教师演示又可学生分组实验。
利用悦耳的声音来检验实验效果,给学生带来感官上的全新体验。
【关键词】Y 型玻璃管;双液原电池;盐桥化学实验是化学教学和化学科学研究重要的方法和手段。
积极开展对教材传统演示实验的创新研究,有利于提高化学课堂教学质量,提高教师专业水平。
《高中化学新课程标准》中指出:通过以实验为主的多种探究活动,使学生体验科学研究的过程,激发学习化学的兴趣,强化科学探究的意识,促进学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力。
一个好的创新实验也能激发学生学习化学的热情,培养学生创新能力。
笔者针对苏教版选修4专题1第二单元第一节《原电池的工作原理》中的演示实验进行了反思,并提出了改进方案:一、学情分析从知识角度看:学生在高一必修阶段已经掌握了典型Cu-Zn 单液原电池的相关知识,了解原电池工作的基本原理,这为本节选修内容的学习起到了铺垫作用。
从能力角度看:学生已经具备一定的实验探究能力,能理解实验改进设计的创新之处。
综合以上分析,笔者提出对该演示实验的最终改进方案。
二、教材分析苏教版选修4专题1第二单元第一节《原电池的工作原理》[活动与探究][实验2]按图1组装好仪器,向两只烧杯中分别加入30ml 1.0mol ·L -1CuSO 4溶液和30ml 1.0mol ·L -1ZnSO 4溶液,将连接导线和电流计的锌片和铜片分别插入ZnSO 4溶液和CuSO 4溶液中,将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液中,观察实验现象。
锌铜原电池演示实验的改进
张晓
【期刊名称】《天津教育》
【年(卷),期】1989(000)012
【摘要】在讲授原电池原理时,课本上的演示实验[2—3],其现象是:铜片上产生气泡,锌片溶解且也可见气泡产生.在学生没有掌握原电池原理前,教师很难将锌片上产生气泡的原因解释清楚,从而影响学生逐步理解原电池原理.笔者认为,只有极大程度地提高锌片的表面纯度.对此,特将本实验做如下改进. 在大烧杯里加入浓
ZnCl<sub>2</sub>溶液,用一块锌片作阳极,另一块锌片作阴极.接通电压为12V 的直流电源,阳极反应:Zn-2e=Zn<sup>2+</sup>阴极反
应:Zn<sup>2+</sup>+2e=Zn数小时后,作为阴极
【总页数】1页(P40-40)
【作者】张晓
【作者单位】天津蓟县敦庄子中学
【正文语种】中文
【中图分类】G527.21
【相关文献】
1.铜锌原电池演示实验的改进 [J], 古济斌
2.铜锌原电池演示实验装置改进 [J], 张艳
3.基于学科核心素养的锌铜原电池的改进研究 [J], 吴小辉
4.基于学科核心素养的锌铜原电池的改进研究 [J], 吴小辉
5.锌铜原电池实验的改进 [J], 林红剑
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
实验五原电池演示实验装置改进
学生姓名:学号:
课程名称:中学化学实验教学论
组员:
指导老师:实验时间:
一、探究问题的提出
人教版必修二化学第二章第二节“化学能与电能”实验2-4的实验是铜锌原电池的实验,将Zn片和Cu片用导线连接(导线中间接入一个电流表),平行插入盛有稀硫酸的烧杯中,通过观察电流表的指针偏转来检验原电池中的产生的电流,从而引出原电池的概念。
但是在实际的课堂中,这样的实验不利于在课堂上演示,因为电流表的受表头面积的限制,不能让教室里面每一个学生都能够清晰地观察到实验现象,存在一定的局限性。
此外,课本上只是从理论中得到产生的气体是H2这一概念,没有从实验上去检验,化学史一门以实验为基础的学科,如果能用实验现象来说明将是最好的。
二、问题解决设想(思路)
我们小组讨论的结果是发光和发声的办法更加直观地体现电流,展示原电池中化学能向电能的转换的过程。
光、声音这些明显的现象一方面便于学生的观察,另一方面这些有趣的实验现象也有利于在学生中留下比较深刻的印象。
发光采用二极管,发声选用音乐卡片。
小组经过查阅文献资料发现,很多文献上都是选用了小灯泡来作为载体,但是我们也发现,与小白炽灯泡和氖灯相比,发光二极管的特点是:工作电压很低(有的仅一点几伏);工作电流很小(有的仅零点几毫安即可发光);抗冲击和抗震性能好,可靠性高,寿命长;通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。
故我们选择了发光二极管。
而音乐卡片上的机芯也只需要小电压和小电流即可发声。
为了确保实验中二极管能够亮起来,实验之前我们用干电池预测了小发光二级管的最小工作电压,测试结果是要2节7号干电池才能使其发光,故预测法二极管的最小电压在1.5V-3.0V之间。
根据这个数据,查阅相关资料[1],得出Zn的标准还原电势为ΨZn/Zn2+=-0.76V,由能斯特方程E=φ(+)-φ(-)=Eθ-(0.0592/2)lg([氧化态/[还原态],[H+]处于对数项的分母部分,其浓度对于总的电动势影响不大,对最终的电动势影响的主要是电极本身的标准还原电势,ΨθZn/Zn2+=-0.76V,ΨθMg/Mg2+=-2.36V,ΨθAl/Al3+=-1.66V,由此可得,若用Zn作为负极的话,产生的电动势一定较小,用Mg的话产生的电动势最大。
故我们可以选取这三种金属作为负极进行探究,寻找使二极管发亮的最佳方案。
在检验产生的气体方面,我们将设计装置导出气体进行检验。
我们利用生活中带有盖子的塑料罐子,对其进行改进,得到一个虽然密闭性一般(有些漏气)的实验装置,但这个装置对比于课本的实验装置已经足以将实验中产生的气体导出从而进行气体检验(氢气检验)。
三、实验设计方案
【实验原理】
原电池的本质是氧化还原反应,其组成条件有三个方面:电解质、
形成闭合回路、活泼性不同的电极。
对于铜锌原电池,其化学反应原理为
Zn + H2SO4ZnSO4 + H2
以硫酸为电解质,将锌片和铜片作为电极插到稀硫酸溶液中,并用
导线连接连个电极,从而构成铜锌原电池。
其中锌失去电子,电子通过外部导线移动到铜片上,溶液中的氢离子在铜片上得电子还原成氢气从而逸出溶液。
氢气的检验,氢气是一种可燃性气体,其爆炸极限为在空气中含有氢气体积占总体积的4%~74.2%。
在实验过程中将产生大量的氢气,故利用该装置导出的气体已经足够用于检验。
【仪器及药品】
仪器:瓦楞纸、发光二极管、音乐卡片、导线若干、电压表、电流表、玻璃导管、小烧杯、橡胶管、塑料罐子、酒精灯、火柴、砂纸、剪刀
药品:铜片、锌片、铝片、镁片、稀硫酸、灯用酒精、肥皂水、松香
塑料罐子:
【实验装置】
【实验内容及步骤】
实验前准备:
1、塑料罐子实验装置的处理
将其制作成如右图所示。
2、发光二极管及音乐卡片的电路组装
将发光二极管及音乐卡片中的发生装置固定在瓦楞纸
上,用导线连接好电路。
实验操作:
1.装置组装:
取两段玻璃导管分别插入到盖子的圆孔,并分别用一小段橡皮管连接,一个用止水夹夹住,另外一个的橡皮导管连接尖嘴导管,尖嘴一端伸入到装有肥皂水的烧杯中。
2.发光、发声、爆鸣实验
打开塑料盖子,往塑料罐子中加入适量配好的稀硫酸溶液,盖好盖子,将铜片连接好导线并从盖子上方的小口伸入到罐子里。
点燃酒精灯备用。
将锌片用导线连接好,从盖子上方的小口伸入到罐子里,可听到歌声,看到二极管发光,过了10秒左右用点燃的松香伸入到装有肥皂水的烧杯口处,可听
图一
到爆鸣声。
3.不同电极的实验
换用不同电极进行发光、发声实验。
四、实验过程记录
在根据以上设计方案进行试验的过程中,我们小组发现了不少的问题。
我们一共进行了5组实验,边讨论,边思考,边进行。
在试验中得出的实验数据及现象如下:
表一实验现象记录表
电极材料硫酸浓
度
电压电流实验现象发光二
极管
音乐卡
片
Cu-Zn 1:5 1V 32mA 两个电极表面均出
现气泡,负极上的气
泡多
不发光不发声
Cu-Zn 稀释约1
倍
0.9V 15mA 同上不发光不发声
Cu-Mg 浓度同 1.7V 150-1
70mA Mg条迅速溶解,反
应剧烈。
并产生大量
气泡,Cu电极上少
量
发光发声
Cu-Al 浓度同0.6V 6mA 反应较缓慢,产生气
泡少
不发光不发声
串联两个Cu-Zn 浓度同 1.2-1.4V 48mA 两个电极表面均出
现气泡,负极上的气
泡多
发光发声
Cu-Zn 柠檬0.15V 0.97A 现象不明显不发光不发声实验过程中发现,[H+]对于实验的影响不大。
而电极表面积影响较大,当浸入电解液的表面积越大时电流越大,对电压无明显现象。
以上是第一次(4月18日)实验时记录的数据,第二次(5月2日)做时,选用串联两个Cu-Zn原电池的办法,同样得到了发光和发声的现象,说明该方案
成功率高,重现性较好。
实验现象如下图:
五、相关问题探讨
①在实验过程中我们根据实际情况对于原始实验方案做了修改。
主要是在氢气的检验这一部分。
因为在实验中我们发现,产生气体的不只是形成了原电池的负极Cu片,还有作为负极的Zn、Mg、Al等也会有气泡产生,而且气泡明显丰富过正极的Cu。
因为这些负极金属本质上就可以与酸液发生置换反应产生氢气,故不能采用将气体导出来进行检验原电池产生的气体成分的问题。
只能从原理上进行分析。
②实验所用的是纯度为99%的Zn片,对于这个实验,Zn片的纯度也是对实验现象的观察有较大的影响,如果Zn片上杂质太多,则其自身形成原电池的趋势强,在Cu片上就可能观察不到有气泡产生这一实验现象了。
③从表一中我们可以看到,能够使发光二极管和音乐卡片发光或发声的只有Cu-Mg原电池及串联两个的Cu-Zn原电池。
但是,由于Mg条在酸液中反应非常剧烈,溶解得很快很快。
不适合用来做为原电池观察现象。
而用柠檬做电解液的原电池产生的电流电压也是很小的,只能够观察到使电流表偏转的现象,若要想将其用发光或发声的方式表征出来,也只能串联多个水果电池来进行操作。
④理论上Cu-Al原电池产生的电动势应该是大于Cu-Zn原电池的,但是在实际的实验中却发现Cu-Al原电池的产生的电压和电流均很小,可能的原因是Al
片和硫酸反应较为缓慢,Al片上有一层致密的氧化膜保护,用砂纸打磨后仍无明显改善。
⑤实验过程中发现,[H+]对于实验的影响不大。
而电极表面积影响较大,当浸入电解液的表面积越大时电流越大,对电压无明显现象。
这也是符合实验之前用能斯特公式推测的结果,[H+]对于实验的影响不大。
而当与电解质相接触的电极表面积增大的时候,增大了反应面积,故应该产生更大的电流和电压。
⑥尽管达到了发光、发声的目的,但是发的光不够亮,原因可能是电流不够大,加大电流的办法可以使a.增大电极与电解液的接触面积b.加入NaCl等盐溶液使离子强度增大,提高离子的导电能力。
综上实验现象及讨论,我们小组得出:单个Cu-Zn原电池是无法产生足够的电压和电流使发光二级管或音乐贺卡发生或发光的,但可以通过串联两个Cu-Zn 电池来达到目的。
而查找的文献中,有3种使小灯泡发光的原电池的设计方法[2],1.将碳、Zn 电极分别与导线相连,然后将它们浸入饱和三氯化铁溶液中 2.将碳、锌电极分别与导线相连,然后将它们浸入酸化的过氧化氢溶液中 3.将铝、碳电极分别与导线相连,然后将其浸入碱性高锰酸钾溶液中。
具体我们本次实验中并未进行探讨,不过可以参考借鉴,可以在后期课堂上作为趣味实验进行。
【参考文献】
[1]傅献彩、沈文霞等编,物理化学第五版(下册).北京:高等教育出版社,2006.1
[2]隽桂才.三种易使小灯泡发光的原电池.化学教学,1992,(03)。