原电池实验改进——滤纸原电池

*说课题目 电解池原理及其应用 *学科类别 化学

*使用教材 人教版 *授课学段 选修四

*实验器材 自制多功能H管

*实验创新点 1、改用多功能H管来探究电解池原理，装置简单，阴阳两极的实验现象明显；易于检验阴阳两极产物，并接有尾气处理装置，绿色环保同时可以提高学生的环保意识；

2、将阴阳两极产生的气体分开，可避免H2和Cl2混合在光照的条件下发生爆炸现象，提高安全意识；

3、如果在H管中间加一个离子交换膜，还可以制得较纯净的NaOH溶液。

4、多功能 H管还可以用来探究原电池的形成条件，装置简单，实验现象明显，易于学生自主学习，得出原电池的形成条件，激发学生的学习兴趣；

*实验原理或实验设计思路 实验装置：

1、如上图组装好电解池装置，H管中装有饱和NaCl溶液；

2、左电极与电源的负极相连，左支管与装有肥皂水的蒸发皿相连；

3、右电极与电源的正极相连，在右支管口处放入一片新鲜的红色花瓣，并与装有NaOH溶液的烧杯相连；

4、连接电源，观察实验现象。

实验现象：

1、阴阳两极均有气泡生成，且阴极生成气泡的速率快；

2、阴极产生的气泡导入装有肥皂水的蒸发皿，点燃火柴可以听到轻微的爆鸣声，证明阴极气体是H2，往左试管中滴加酚酞，溶液变红；

3、阳极产生黄绿色气体，并发现右支管口红色花瓣逐渐退色，证明阳极气体是Cl2。

*实验

教学目标 1、利用多功能H管探究电解池工作原理

2、培养学生实验创新设计意识和环境保护意识

*实验

教学内容 电解池工作原理

*实验

教学过程 环节1——创设情境，引发思考

【导 课】观看视频《全自动电镀生产车间》，引入新课。

环节2——温故知新，明确原理

【提 问】铁质螺帽上的铜是怎样镀上去的？

【实 验】电解CuCl2 溶液。

【讲 解】1、介绍课本79面实验4-2电解CuCl2 溶液的装置。

2、对课本上的实验进行改进创新，讲述实验步骤。

中学化学原电池实验的创新设计

作者：***

来源：《中学教学参考·理科版》2022年第05期

[摘 要]文章借助数字化传感器对高中化学必修1的原电池实验进行了创新性的改进，探究了将水果电池、锌铜苹果醋电池和镁空气电池三种电池运用于多种用电器（包括LED二极管、电子手表、风扇、玩具小车、手机等）中的情况，取得了很好的实验效果。

[關键词]原电池;用电器;实验改进;创新设计

[中图分类号] G633.8 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2022）14-0076-03

一、问题的提出

在中学化学课程中，原电池实验具有十分重要的地位和作用，对于学生学习原电池的历史、掌握原电池原理、感受化学能转化为电能的过程有较大的帮助。受篇幅的限制，化学教材内容的编排略为简洁，教材中仅仅用铜锌原电池（锌片和铜片连接电流表浸泡在稀硫酸溶液中）来证明“化学能可转化为电能”。但这种简易的铜锌原电池连接用电器（小灯泡等）时难以得到明显的实验现象，在实际教学中，学生普遍感到证据不足，说服力不强，无法直观地感受化学能到电能的转化过程。文献调研发现，水果电池、盐水伏打电池等演示实验一直存在电压小、电流不稳定、现象不明显等问题，导致相关的实验不易成功。因此，创新设计中学化学课堂的原电池实验很有必要，也很有意义。

二、原电池实验的创新设计

利用实验室和生活中常见的材料，笔者设计了三种可用于中学化学教学演示的原电池实验，即水果电池实验、铜锌苹果醋电池实验以及镁空气电池实验，并使用便携的数字化传感器，对比探究了不同原电池实验的优缺点并逐步加以改进，最终设计出的简易电池装置能够使生活中多种常见的用电器工作（包括LED二极管、电子手表、风扇、玩具小车、手机等），达到了很好的实验演示效果。

（一）传统的水果电池实验

实验十原电池电动势的测定处理

本实验的目的是通过测定锌-铜原电池的电势差，确定其电动势，掌握通过化学电池电动势测定电化学势的方法，并进一步了解化学电池的性质和使用方法。

实验原理

在化学原理中，当两种不同的金属通过电解质（溶液）接触时，电解质中的金属离子在金属表面发生氧化还原反应，从而产生电势以驱动电子在两种金属之间流动。此时金属与电解质间存在电势差，称为“化学电势”。将两种不同金属放置于电解质液中组成原电池，用外控电路将两个电极连接，电势差抵消了外电路的电势差，形成稳定的电位差，称为“原电池电势”。

本实验测定的是锌-铜原电池的电势差，通过实验数据计算得到电动势。电动势 E 可表达为：

E = E（阳极）-E（阴极）

其中 E（阳极） 表示阳极的化学电势，E（阴极） 表示阴极的化学电势。在锌-铜原电池中，锌为阳极，铜为阴极，因此实验中应测量两个电极的单独电势以计算得到电动势。

实验步骤

实验设备：锌棒、铜棒、滤纸、玻璃棒、蒸馏水、1M铜离子溶液、1M锌离子溶液、电位计、笔记本电脑及数据处理软件。

1.将锌棒用砂纸打磨，然后用去离子水反复冲洗，并用滤纸擦干表面。

2.同上，将铜棒打磨并擦干。

3.用滤纸吸干温度至少为室温的1M铜离子溶液和1M锌离子溶液，保持吸干量一致，最好使用相同的滤纸。

4.将锌和铜棒分别插入两瓶溶液中，使电极上方约1-2cm露出。

5.调节电位计，将正负两极分别连接至锌和铜电极上，测量电极之间的电势差，记录下电位计上的电势值。如电极正负极性与预期相反则要切换测试极性。

6.将锌和铜电极分别取出并用去离子水冲洗，擦干，备用。

7.将测量完成的数据录入数据处理软件中，根据测量点数计算得到平均值及标准偏差等统计数据。 实验注意事项

1.实验中使用的电解质是铜离子溶液和锌离子溶液，需避免直接接触皮肤或进入眼睛等危险操作，如误操作需要尽早进行清洗。

物化实验十 原电池电动势的测定

一、填空题：在下列空格中填入正确答案

1. 有一电池的表达式为Zn(s)︱ZnSO4(m1)‖CuSO4(m2)︱Cu(s)，正极的反应为Cu2+ + 2e → Cu ，负极的反应为 Zn → Zn2+ + 2e ，电池的总反应为 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 。

2. 用 稀硫酸 浸洗的锌电极以除去表面上的氧化层，取出后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗，然后浸入饱和 硝酸亚汞 中，取出后用 吸水纸（或滤纸）

擦拭电极，使锌电极表面上有一层均匀锌汞齐。

3. 实验中由于使用标准氢电极不方便，常采用第二级的标准电极，又称为参比电极，本实验所用参比电极是 （饱和）甘汞电极 。

二、选择题：下列每题只有一个正确答案，从A、B、C、D选项中选出一个填入括号“（ ）”中

1. 在某电池的表达式为Zn(s)︱ZnSO4(m1)‖CuSO4(m2)︱Cu(s)中，符号“‖”的意思是（ B ）

A. 甘汞电极 B. 盐桥 C. 玻璃杯 D. 玻璃棒

2. 指出在处理铜电极表面的氧化层时，应使用的清洗液是（ A ）

A. 稀硝酸 B. 稀硫酸 C. 稀盐酸 D. 浓硝酸

3. 指出影响电极电势大小的因素是（ D ）

A. 电极的种类 B. 溶液的浓度 C. 环境温度 D. 以上三种

三、判断题：判断下列说法是否正确，在正确的题后（ ）

内打√；在错误的题后打×（每小题1分，共10分）