高中化学原电池实验改进方案探究

江苏省昆山震川高级中学(215300) 陆 梅●



高中化学原电池实验改进方案探究

江苏省昆山震川高级中学(215300)
陆 梅●

化学实验是高中化学教学的一个重要环节，通过化学实验不仅能够帮助学生理解化学知识，还有助于培养学生的综合能力.然而部分实验在操作过程中受多方面因素的影响，实验现象并不明显，不利于学生的观察和理解.文中就原电池实验存在的不足进行了分析讨论，并设计了多种探究方案，最终选择最佳方案来解决原电池实验操作中存在的不足.

高中化学;原电池;改进;探究

化学实验是化学教学的基础，是分析问题，培养学生综合能力的重要措施.作为高中化学教育工作者，要将化学实验的作用凸现出来，利用化学实验引导学生完成“看——趣——疑——思——知”的思想转变，在教授学生课本知识的同时提高学生的综合能力.新课程改革实施以来，高中化学实验存在着一定的不足，很多实验操作下来并不能取得良好的效果，学生在整个实验过程中会面临各种各样的问题，从而影响了整体的化学课堂教学.改进高中化学实验，提高实验效率，对于提高高中化学教学效果具有重要的意义

一、原电池实验存在的问题

在高中阶段的化学教学中，铜锌硫酸原电池的实验是一个重要的实验，是学生必做的实验之一，该实验的实验原理就是将化学能转变为电能.在实验的过程中，教师需要将铜片和锌片同时放在硫酸中，并通过导线将它们连入电流表中，学生观察实验现象.其中，锌片是作为负极来进行反应，因此，它就会失去电子，而铜片是正极，在反应中得到电子，通过在两个极位不断发生的氧化还原反应，使得化学能不断转变为电能，从而形成电子流向.理论上学生能够看到锌片发生溶解，同时铜片上会产生气泡电流表的指针会发生偏转.但是在实际的实验过程中，学生观察到的实验现象中是电流表的指针发生了偏转，锌片的表面产生大量的气泡，而铜片表面几乎没有气泡产生.通过电流表指针的偏转可以得出结论：在这个实验中有电流产生；锌片的表面产生大量的气泡是因为与硫酸发生反应，但是铜的表面没有产生课本中记录的实验现象，这些成为了该部分教学的难点.此时，教师不得不花费大量的时间作出解释：由于实验条件的限制，教学中使用的硫酸浓度较低，并不能够产生明显的实验现象等.在这种情况下来带领学生分析原电池的实验原理很难达到预期的教学效果，学生会听的模模糊糊.以此，作为一线高中化学教师需要寻找办法，解决“铜片表面没有明显气泡产生”的问题.

二、原电池实验改进方案设计

为了能够改变原电池实验中铜片极位没有明显气泡产生的状况，结合实验原理设计出了三种探究方案来解决实验中存在的问题.

第一种方案：提高使用硫酸的浓度.在原有原电池实验中使用的硫酸浓度为4mol/L，为了能够使铜片极位看到明显的气泡对硫酸的浓度作出调整，分别使用5mol/L、7mol/L和9mol/L的硫酸来观察实验现象.在该探究实验中，使用5mol/L的硫酸进行试验，铜片极位依然没有明显的气泡产生；当使用7mol/L的硫酸进行试验时，铜片极位产生了少量的气泡；当使用9mol/L的硫酸进行试验时，铜片极位产生了较多的气泡.

在该探究性试验中，随着硫酸浓度的增加，铜片极位上虽然产生了较多的气泡，但是电离出的氢离子和硫酸根离子也逐渐增大，从而导致电流表的偏转也增大，甚至超过原有的量程，不符合电流表的使用标准.如果使用的硫酸浓度较低，电流减小了，但是铜片极位的气泡也减少了，不利于实验现象的观察.另一方面，使用高浓度的硫酸，一轮实验下来需要大量的药品，并且还容易发生安全事故.因此，该解决方案实施存在一定的问题.

第二种方案：减小电路中的电阻.根据对实验原理的分析，有可能是因为电路中电流表的电阻较大，导致铜片极位的气泡不够明显.在实验中，将电流表直接去除，利用导线直接将铜片和锌片连在一起放入硫酸中，来观察实验现象，此时就会看到通篇的表面出现了大量的气泡，以此验证了在铜片极位电离出大量的氢离子.该实验方案虽然解决了铜片极位产生气泡不明显的问题，但是去除电流表后就难以验证电流的产生，就改变了整个实验的本质，因此该实验方案并不能够完全解决原电池实验中存在的不足.

第三种方案：利用两个较粗的铜丝和铁丝，将它们拧成麻花状连入电路中另一头放入4mol/L的硫酸溶液中，观察实验现象.此时会发现电流表指针会发生偏转并且铜丝的表面会产生大量的气泡与课本中描述的实验现象一致.为了进一步对该实验方案进行改进，实验中选取了2mol/L、1mol/L的硫酸溶液进行试验，最终发现使用2mol/L的硫酸溶液进行试验也可以得出相应的实验现象，大大减少了药品的使用.

三、原电池实验改进结论

为了改良原电池实验中铜片极位气泡不明显的情况，通过实验探究发现第三种解决方案非常合适.在改良实验中利用铁丝代替铜片降低了试验成本，在取材上变得更加简单.另外，将4mol/L的硫酸溶液换成2mol/L的硫酸溶液，降低了硫酸浓度，减少了药品的使用，降低了实验成本.总体上来说，改良后的实验达到了节约成本、实验现象明显、操作简单的目的.

[1]徐明波,吕洪杰.浅谈高中化学创新实验设计[J].湖北师范学院学报(自然科学版), 2013.(3). 77-79.

[2]陈太平.关于高中化学实验绿色化的研究[J].数理化解题研究, 2013. (7). 51.

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