對(duì)銅鋅原電池實(shí)驗(yàn)中鋅片表面產(chǎn)生氣泡的原因探究

夏立先等

中學(xué)化學(xué)各版本高中教材都有銅鋅原電池實(shí)驗(yàn)，即將銅片與鋅片用導(dǎo)線連接后，同時(shí)插入稀硫酸中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)的預(yù)期現(xiàn)象是：銅片上有氣泡，鋅片沒有氣泡。但實(shí)際情況是不僅銅片上有氣泡，而且鋅片也有氣泡。教師們想了各種辦法，如降低硫酸的濃度、更換不同的鋅片、減小鋅片面積或增大銅片面積等，結(jié)果都無(wú)濟(jì)于事，鋅片上依舊有氣泡。對(duì)于鋅片上產(chǎn)生氣泡的原因，目前比較流行的解釋是：鋅片不純凈，內(nèi)部有雜質(zhì)，自身形成了很多微小的原電池，從而鋅片上有氣泡。事實(shí)真的如此嗎？為此，筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。

一、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.取一塊較大的白鐵皮（鐵表面鍍鋅），用剪刀剪成長(zhǎng)

5 cm、寬2 cm的鍍鋅鐵片若干片及長(zhǎng)2.5 cm、寬2 cm的鍍鋅鐵片若干片，用砂紙輕輕打磨鋅片表面。將剪好的鍍鋅鐵片的四周邊緣，用毛筆蘸取清漆涂抹均勻（目的是封閉裸露的鐵），晾干，備用。另截取長(zhǎng)5 cm、寬2 cm的銅片若干片及長(zhǎng)2.5 cm、寬2 cm的銅片若干片，用砂紙打磨光亮，備用。

2.配制2 mol/L硫酸、1 mol/L硫酸、0.5 mol/L硫酸、0.2 mol/L硫酸、0.1 mol/L硫酸、0.05 mol/L硫酸。

二、研究過(guò)程

1.探究鋅片上的氣泡與連接鋅片和銅片之間的導(dǎo)體的電阻大小是否有關(guān)？

實(shí)驗(yàn)1 將長(zhǎng)5 cm、寬2 cm銅片與長(zhǎng)5 cm、寬2 cm鍍鋅鐵片用10 cm長(zhǎng)銅導(dǎo)線連接（用焊錫連接）后，同時(shí)插入0.2 mol/L稀硫酸中（如圖1所示），銅片鋅片各插入溶液一半（2.5 cm處），觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是：銅片上有大量氣泡，鋅片有比較多氣泡。

實(shí)驗(yàn)2 將長(zhǎng)5 cm、寬2 cm的銅片從長(zhǎng)約1 cm

處折疊成直角，將長(zhǎng)5 cm、寬2 cm的鍍鋅鐵片長(zhǎng)約1 cm處折疊成直角，用焊錫將銅片與鍍鋅鐵片焊接在一起，同時(shí)插入0.2 mol/L稀硫酸中（如圖2所示），銅片鋅片各插入溶液一半（2.5 cm處），觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是：銅片上有大量氣泡，鋅片有比較少氣泡。

實(shí)驗(yàn)3 取一塊長(zhǎng)2.5 cm、寬2 cm的鍍鋅鐵片及一塊長(zhǎng)2.5 cm、寬2 cm的銅片，用焊錫將銅片與鍍鋅鐵

片焊接在一起，總長(zhǎng)度約5 cm，用毛筆蘸取清漆將焊錫部位涂抹均勻（目的是封閉裸露的焊錫），晾干。然后將該片直接浸入0.2 mol/L稀硫酸中（如圖3所示），觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是：銅片（靠近鋅片部位）上有大量氣泡，鋅片上沒有氣泡（時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)有極少量氣泡）。

現(xiàn)象分析及結(jié)論：

我們知道，電阻的大小與導(dǎo)體材料、是否有接點(diǎn)、導(dǎo)體的長(zhǎng)度、導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)，電阻的大小與導(dǎo)體長(zhǎng)度成正比、與導(dǎo)體的橫截面積成反比。從理論上看，銅片與鋅片之間的電阻，實(shí)驗(yàn)1中最大、實(shí)驗(yàn)3中最小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，銅片與鋅片之間的電阻，

實(shí)驗(yàn)1中最大、實(shí)驗(yàn)3中最小。理論和實(shí)驗(yàn)是一致的。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3現(xiàn)象對(duì)比可知，在硫酸濃度比較小的情況下，鋅片上氣泡的多少，取決于連接鋅片和銅片之間的導(dǎo)體的電阻大小，電阻越大，鋅片上的氫氣越多。實(shí)驗(yàn)3中的電阻最小，鋅失去的電子迅速轉(zhuǎn)移到銅上，所以鋅片沒有氫氣；實(shí)驗(yàn)1中的電阻最大，鋅失去的電子不能迅速轉(zhuǎn)移到銅上，所以鋅片有氫氣。中學(xué)化學(xué)教材都是按實(shí)驗(yàn)1中的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，因此，鋅片上產(chǎn)生氣泡的原因一定與連接鋅片和銅片之間的導(dǎo)體的電阻太大有關(guān)。

2.探究鋅片上的氣泡與硫酸濃度大小是否有關(guān)？

實(shí)驗(yàn)4 實(shí)驗(yàn)裝置及步驟與實(shí)驗(yàn)3完全相同，只是將硫酸的濃度分別換成2 mol/L、1 mol/L、0.1 mol/L、0.05 mol/L硫酸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是：2 mol/L、1 mol/L硫酸溶液，銅片上有大量氣泡，鋅片上也有少量氣泡；0.1 mol/L硫酸溶液、0.05 mol/L硫酸，銅片上有大量氣泡，鋅片上沒有氣泡（時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)有極少量氣泡）。

現(xiàn)象分析及結(jié)論：

通過(guò)實(shí)驗(yàn)4現(xiàn)象對(duì)比可知，硫酸濃度大小，對(duì)鋅片上產(chǎn)生氣泡會(huì)有影響，當(dāng)硫酸濃度比較小時(shí)，鋅片沒有氣泡；當(dāng)硫酸濃度比較大時(shí)，鋅片上有氣泡。

三、實(shí)驗(yàn)總結(jié)論

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)及理論可知，造成銅鋅原電池鋅片上產(chǎn)生氣泡的原因有：鋅片本身的純度、連接鋅片和銅片之間的導(dǎo)體的電阻大小、硫酸的濃度。因此，把鋅片上產(chǎn)生氣泡的原因都?xì)w結(jié)為鋅片不純凈，很顯然是片面的、不妥的。

（收稿日期：2015-05-18）