異型鹽橋原電池原理探究裝置的設計與應用

鄭曉紅

在人教版高中化學選修5中，介紹原電池原理的實驗裝置中包括一個U型鹽橋，兩種溶液，兩支電極，這是學習原電池原理的經典裝置。學完原理之后，在后續教學中還需引導學生進行實驗探究，如果仍用該裝置來探究原電池原理，會遇到兩個問題：一是 U型管鹽橋較長，其電阻較大，不利于原電池帶動負載運作起來；二是每次更換電極和溶液時，就需更換一根鹽橋，實驗操作煩瑣，鹽橋使用量大。筆者設計的兩種實驗裝置，主要是解決上述兩個問題，以便于開展實驗探究。

一、實驗儀器及試劑

自制帶孔試管、直通管、燒杯等。

含硝酸鉀的瓊膠(瓊膠的凝度：1 L水中加入7 g瓊脂粉；含鹽量：100 mL瓊膠液中加入20 g硝酸鉀)、飽和硝酸鉀溶液等。

二、主要部件及儀器組裝

圖1 主要部件圖及實物圖

1.實驗裝置一(如圖1a所示)

制作方法：在一個燒杯中，倒入熱的含瓊膠的硝酸鉀溶液至6 cm高度，插入多支下端有孔的試管，冷卻，凝固；小心分離每支試管即可。

2.實驗裝置二(如圖1b所示)

制作方法：在一個燒杯中，先倒入熱的含瓊膠的硝酸鉀溶液至3 cm高度，冷卻，凝固；再倒入溫熱的含瓊膠的硝酸鉀溶液至6 cm高度，插入多支直通管，冷卻，凝固；在上述燒杯與直通管之間再倒入溫熱的瓊膠溶液至燒杯口沿附近，冷卻，凝固(起固定直通管作用)。

三、實驗操作

1.實驗裝置一使用方法

在上述試管的上端裝入電解質溶液，插入相應的電極。取兩支上述試管(半電池)置入硝酸鉀飽和溶液中，兩孔相對，連通外電路，即可組成一個內阻較小的原電池。

2.實驗裝置二使用方法

在直通管的上端分別裝入不同的電解質溶液，分別插入相對應的電極。在各種電極中任選兩個，連通外電路，即可組成一個內阻較小的原電池。

實驗效果如圖2所示。

圖2 實驗效果圖

四、裝置改進的意義

異型鹽橋是實用、簡單、宜推廣的實驗探究裝置，裝置一較適合演示實驗，裝置二較適合學生實驗。

在實驗探究活動中，利用異型鹽橋不僅能夠簡化實驗步驟，提高原電池的工作效率，減少鹽橋用量，增加更多用于思考的時間，更重要的是可以啟示學生利用化學原理，采用更加靈活、多樣的實驗方法來開展探究活動。