观察原电池内离子运动方向的实验创新设计

GXF360 2019-11-28

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化学是一门以实验为基础的自然科学，实验是化学的灵魂和魅力的体现。它不仅能帮助学生获取化学知识，认识化学概念，还能激发学生的学习兴趣，培养和发展学生的操作能力、创新能力。化学实验教学更是其他教学手段所不能替代的，它可以使抽象的概念可视化，让学生更好地理解、巩固所学的化学知识。

原电池原理的学习是高中学生学习电化学知识的难点和重点，采用实验教学的方式去辅助学生理解原电池的工作原理显得尤为重要。纵观整个高中教材体系，发现教材中均未涉及到原电池内离子运动方向的实验安排。在人教版化学选修四《化学反应原理》一书中对原电池的内电路中离子的运动方向也只是提到“在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过正负离子的定向运动而形成内电路。放电时，负极上的电子通过导线流向正极，再通过溶液中离子形成的内电路构成环路［1］。”因此关于这个知识点的学习学生总是非常困惑，教师通过课堂上纯理论讲授也不能有效地解决问题。

2.添加药品：在特制漏斗中添加40mL 1mol/L KMnO4溶液，两边电解槽中添加1mol/L H2SO4至导管中心位置。

一、实验仪器与药品

实验仪器：若干导线、电解槽两个、特制漏斗一个、电流计一个、短玻璃导管两个、橡皮塞两个、铁架台一个。

实验药品：1mol/L H2SO4溶液，1mol/L KMnO4溶液、铜片、锌片、凡士林。

二、仪器的加工

1.改进电解槽：取两个电解槽，依据玻璃导管的直径大小分别在电解槽的一端打一个小洞。

再次，从地方高校层面看，虽然地方高校在服务乡村振兴，促进地方经济社会发展方面虽具有很强的区位和地缘等优势，但长期以来，由于受观念滞后的影响，没有注重利用自身优势积极深入地开展地方经济社会发展和新农村建设方面的调研工作，信息相对闭塞，导致地方高校缺乏服务地方经济社会发展、服务乡村振兴的系统对策和思路，服务地方经济社会发展方面的比较优势未能得到有效发挥。

2.特制漏斗：将体积为60mL的分液漏斗与T型管（竖管长度100mm、直径8mm、横管长度150mm、直径20mm）进行焊接得到特制漏斗，如图1所示：

图1 特制漏斗示意图

三、实验原理

该实验探究的是原电池的内电路中的阴阳离子的移动方向，应用到的实验原理为：

原电池的电池反应为：Zn+2H+=Zn2++H2↑，负极为锌片，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，正极为铜片，电极反应为2H++2e-=H2。

四、实验步骤

经过不断的思考、讨论、改进、实验之后，我们终于成功地设计了一套可以直接观察到内电路离子运动的简易装置。

饲用谷子是全株进行饲料加工，不仅保留了秸秆中的营养，也保留了籽粒中的营养，其营养价值要高于普通谷子。综合来看，谷草各方面的营养品质还是优于其他主要作物的秸秆的，可以作为一种优质饲草应用。

1.组装仪器：用橡胶塞和玻璃导管将特制漏斗与两个电解槽连接起来，连接处涂抹凡士林，以防漏液。装置最终如图2所示，组装完之后，加蒸馏水检查是否漏液。

3.开始实验：打开漏斗活塞，使高锰酸钾缓慢流下，观察电解槽中溶液以及电流计的指针变化情况。

图2 仪器组装示意图

五、实验现象与结论

1.实验现象：铜片端产生少量气泡，溶液依旧为无色，锌片端产生大量气泡且观察到溶液上端变为紫红色，灵敏电流计发生明显偏转，如下图3所示：

⑦侯小伏:《以资源整合服务下沉推动社会治理创新——淄博市“四三二”工作格局推进社会治理创新的调查与思考》，《东岳论丛》2015年第7期。

图3 实验效果图

2.实验结论与分析：从反应原理来看，锌片与氢离 pagenumber_ebook=93,pagenumber_book=91 子反应，铜-锌原电池的反应原理均为：。从电化学的角度来看，两个反应的电动势均为：＝0V-（-0.76V）＝0.76V［2］。不同的是锌、铜上析出氢气的超电势分别为0.7V，0.23V。所以纯锌和硫酸反应时的电动势为0.06V，而锌-铜电动势为0.53V。理论上，氢离子在锌片上和铜片上是可以同时析出氢气的，且在实验过程中用到的锌片不是纯锌，锌片含有金属杂质，所以在锌片表面通常会形成大量的微型原电池，最终体现的现象就是锌片表面产生较多的气泡。

实验过程中锌片端溶液上方由无色变为紫红色，铜片端溶液依旧保持无色，灵敏电流计发生明显偏转。这一系列的现象说明铜-锌原电池工作时已形成了闭合回路，且工作过程中电解质溶液里紫红色的 pagenumber_ebook=93,pagenumber_book=91 离子向锌片端移动。

秦铁崖说没有。老太医问他是何处人，秦铁崖回答说扬州。老太医有些吃惊：“扬州？老家就是扬州？我本以为，就你这身形，注定是山东大汉，武二郎再世。原来销金窟扬州，也出公门中人，威猛汉子。”

综上所述，可以得出原电池电解质溶液中阴离子向负极移动的结论。

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