鋅銅原電池實驗的改進

林紅劍

摘要：通過分析教材中“鋅一銅一硫酸”原電池實驗現象產生的原因，從雙液電池的構造和析氫超電勢兩個角度對電極進行改造或替換，使得該實驗進一步優化。

關鍵詞：鋅銅原電池;析氫超電勢;電極改造

文章編號：1008-0546（2021）01-0097-01

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.028

一、問題提出

人教版化學《必修2》在化學能與電能這一節中安排了“鋅一銅一硫酸”原電池的實驗。學生在實驗中觀察到的現象是鋅片上有大量氣泡，而銅片上幾乎看不到氣泡。這樣的現象不利于學生深刻認識原電池的原理。

二、問題分析

鋅片上之所以會產生氣泡，其一是因為鋅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生的理解難度，必修課程中不宜采用。

其二是因為鋅片不純，氫氣在不同的金屬上析出的超電勢不同，粗鋅中的一些雜質使得析氫超電勢降低，導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，又避免了裝置的復雜化。在演示實驗時，可以觀察到鋅片上無氣泡，而銅片上有大量的氣泡產生。

方法二：運用析氫超電勢對電極進行改造，加大負極金屬的析氫超電勢，同時減小正極材料的析氫超電勢。一些金屬的析氫超電勢如表1所示。

由表中數據可知，Hg的析氫超電勢較大，因此用鋅汞齊代替鋅片作負極可以減少氫氣在負極上析出。用Pt代替銅作正極可以極大地降低正極的析氫超電勢，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[1]。

四、實驗改進說明

原電池的原理是一個難點，需要通過電流表指針的偏轉和銅片上的氣泡，來認識電路中有電子的轉移以及電子的流動方向。原來的實驗看不到銅片上的氣泡，學生難以借助這樣的宏觀現象來認識原電池的微觀原理。在原有裝置的基礎上，對電極進行改造，既不增加裝置的復雜性，又能使實驗現象更明顯。

參考文獻

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