化学能与电能相互转化的实验改进

耿亚萍（溧阳市第三中学　江苏溧阳　213300）

化学能与电能相互转化的实验改进

耿亚萍
（溧阳市第三中学江苏溧阳213300）

摘要：针对化学能与电能相互转化实验实际教学过程中存在的不足，利用生活中常见的一些物质对实验进行了改进，改进后的实验装置简便、现象明显、试剂用量少、绿色环保、选材易得、效果好。改进后的实验稍作改动还可用于能量变化的光－电－化学转化的演示。

关键词：原电池；电解池；氢氧燃料电池；微型化；改进

中图分类号：

文章编号：1008-0546（2015）04-0092-02G633．8

文献标识码：B

化学实验是化学学科的基础，是化学知识的源泉，是化学教育的基础和必由之路。许多化学概念、理论都是通过实验来发现、总结、验证的。化学实验对全面提高学生的科学素养有着极其重要的作用。笔者在教学时发现教材提供的电能与化学能相互转化的相关实验存在仪器繁杂、试剂量大且污染严重、现象不明显等弊端，教师在这部分教学时以演示实验为主，学生实验机会变得寥寥无几。这样的教学使得学生缺乏“真实的、有效的”实验体验。为了克服以上不足，笔者在教学过程中，对原电池、电解池和氢氧燃料电池实验进行如下改进，改进后的装置简单，实验现象明显，特别适合学生分组实验。

一、实验准备

1．相连双孔点滴板制作

找一块约2 cm厚的泡沫塑料板，用刀截成约12cm×8 cm的长方形，然后将大试管底部在酒精灯火焰上烧热，在泡沫塑料板上烫出2个相切的圆形孔，类似数字8的形状或葫芦的形状，保证两孔相连，可烫出多排相连的双孔，类似点滴板（图1）。

图1　

2．石墨电极的制作

取考试用2B铅笔，用小刀削去木头部分，取出笔芯（Φ2mm直径），切成30mm、90mm长度作为石墨电极。

二、微型原电池

1．实验用品

相连双孔点滴板、导线2根、灵敏电流表、H2SO4溶液、锌片、铜片。

2．实验步骤

在点滴板的2个孔穴中加入H2SO4溶液，两边孔穴中分别插入锌片、铜片、构成电极，用导线连结起来，可观察到锌片上无气泡、铜片上有气泡（图2），连接灵敏电流计，电流计发生偏转。

图2　

说明：为了便于观察铜片上的气泡，锌片和铜片最好取刚从锌皮和铜片上剪下的。

三、微型电解池

1．实验用品

相连双孔点滴板、铅笔芯电极（Φ2×30mm）、6V电池组、导线2根、0．5mol／LNa2SO4溶液、饱和NaCl溶液、饱和CuCl2溶液、紫色石蕊试液、酚酞试液、淀粉碘化钾试纸。

2．实验步骤

在点滴板的2个孔穴中滴入Na2SO4溶液，并滴入紫色石蕊试液，插入铅笔芯电极进行电解，立即观察到石墨棒上均有气泡，阴极气泡多，阳极气泡少，1min后阴极孔穴中溶液变蓝，阳极孔穴中溶液变红。电解结束后混合孔穴中溶液，颜色变为紫色（图3）。

图3　

换成饱和食盐水并在两极滴入酚酞，两极均有气泡，阴极孔穴中酚酞变红；阳极气泡能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。

换成CuCl2溶液，阳极有气泡，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝；阴极铅笔芯上有一层红色的铜析出。

说明：电解水实验中，指示剂的加入和双孔的隔离作用使阴极孔穴中石蕊变蓝说明溶液中的水电离产生H＋变成氢气的气泡逸出，剩下OH－使石蕊变蓝，指示剂

的加入便于通过宏观现象理解微观本质。

若用浸有氯化铜溶液的果冻条电解，3min后可看到阴极石墨棒上有红色的铜覆盖上面，阳极石墨棒有气泡，湿润的淀粉碘化钾试纸放在电极附近变蓝，由于果冻条的包裹作用，氯气不易逸出，减少对健康的危害。电解结束取出电极可观察到阴极石墨棒周围形成深蓝色的圈，颜色内层深外层浅，说明Cu2＋向阴极聚集（图4）。

图4　

四、氢氧燃料电池实验改进

1．实验用品

6V电池组、铅笔芯电极（Φ2×90mm）、导线2根、纱布（7×9cm）、细绳、硬纸板，100mL烧杯、发光二极管（可从小孩子的旧玩具拆下）、生日蜡烛音乐芯片、小电扇、0．5mol／L Na2SO4溶液。

2．实验步骤

（1）另取2B铅笔芯削成粉末，平铺在纱布上，然后将纱布裹住铅笔芯电极，用细绳系牢，这样就制成了“多孔碳棒”。笔芯上端留点2cm左右长度用于连接导线（图5）。

图5　

（2）搭好装置，向烧杯中注入0．5mol／L的Na2SO4溶液，将改制后的电极插入其中，接上6V电源电解，约2min可观察到纱布周围纱布上布满了小气泡，则断开S1合上S2，小风扇转动起来，同时可观察到纱布周围小气泡在减少（图6）。将小风扇换成发光二极管、生日蜡烛音乐芯片、电流表、耳机、小闹钟等都有非常明显的现象。

图6　氢氧燃料电池装置图

表1　用电器工作时间对照表

说明：要注意二极管、电风扇及音乐芯片连接时正负极方向，否则燃料电池不工作。

学生在教师改进的基础上，将6V电池组换成太阳能电池板，完成了化学反应与能量变化中的光、电、化学转化演示仪器制作（图7）。

图7　光－电－化学转化仪器

五、说明

1．实验绿色化

试剂量少，实验速度快，非常适合学生进行分组实验探究活动。放在相连双孔点滴板中的实验，消耗的药品要少很多，产生的污染少，但实验效果不打任何折扣。

2．实验便捷化

装置灵巧，携带方便，操作简单，现象明显。电源是6V电池组，从物理实验室借用，不必使用笨重的学生电源及重新购买9V电池，节约成本；二极管和音乐蜡烛芯片是从旧玩具和点完的生日蜡烛处理得到的；

3．效果明显化

双孔穴的隔离作用有利于两极实验现象的观察和产物的检验；指示剂、果冻条的使用将实验的微观过程展现出来，直观地看到微粒的移动过程，方便分析各电极产物是由哪些微粒产生的，促使学生更好地理解反应原理；用纱布、铅笔芯粉末包裹铅笔芯制作的多孔碳棒比教材的制作方法要更容易成功，形成的燃料电池供电时间也更长。

参考文献

［1］赵会科．对氢氧燃料电池实验的研究与改进［J］．化学教育，2009，（6）：50

［2］沈明祥．化学能与电能转化的创新设计［J］．中学化学教学参考，2010，（10）：47

doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．04．037