铁离子氧化碘离子原电池的创新设计

甘肃省岷县第一中学(748400) 赵丽霞 余新红

人教版化学教材“化学能与电能”的实验操作是：将锌片和铜片用导线连接(导线中间接入一个电流表)，平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象(见图1)。该实验以Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2为实验原理，用锌片和铜片为原电池的两个电极，稀硫酸为电解质溶液，用导线连接构成闭合回路。通过此装置，学生了解了原电池的构成和基本工作原理，为了提高原电池的效率，以防电流在短时间内衰减。所以，在人教版化学教材“原电池”中将此装置进行了改进，改为“铜锌双液原电池”，具体实验操作为：用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，让学生观察实验现象(见图2)。一段时间后取出盐桥，再次观察实验现象。通过实验，学生了解了盐桥在原电池装置中的作用。

图1 化学能与电能实验

图2 铜锌双液原电池

但图2装置存在一定的局限性和不足：①以上原电池装置仅能代表有电极参与的氧化还原反应原电池装置，但很多的氧化还原反应并无电极参与反应，需要借助“惰性”材料为电极才能构成原电池装置，如2FeCl3＋2KI＝2FeCl2＋I2＋2KCl；②装置所需仪器和药品较多，操作不够简单。

因此，为了让学生更直观地掌握电极不参与氧化还原反应的原电池工作原理。笔者在图2所示装置的基础上，设计了以石墨为电极，以2FeCl3＋2KI＝2FeCl2＋I2＋2KCl为原理的原电池装置。

1 实验原理

由于ψ(Fe3＋/Fe2＋)＞ψ(I2/I－)，因此Fe3＋可以将I－氧化成I2自身被还原为Fe2＋，该反应为2FeCl3＋2KI＝2FeCl2＋I2＋2KCl。

2 实验仪器及药品

药品：饱和氯化铁溶液、饱和碘化钾溶液、琼脂、氯化钠、蒸馏水、淀粉溶液。

仪器：铁三角、石棉网、酒精灯、小烧杯、大烧杯、灵敏电流计、玻璃棒、石墨、导线、粗棉线，U型管。

3 盐桥的制作

称取2g琼脂放入盛有43.5g蒸馏水的烧杯中，然后将烧杯置于垫有石棉网的铁三角上加热，边加热边搅拌，直至琼脂完全溶解后加入13g氯化钠固体，继续搅拌使氯化钠完全溶解。趁热将此溶液倒入U型管中至高于底部1～2cm处，静置使其自然冷却凝固。

4 创新设计的实验装置

创新实验装置如图3所示。

图3 创新实验装置

5 实验操作及现象

实验操作：图3所示，在装有琼脂的U型管两侧分别注入饱和氯化铁溶液和饱和氯化钾溶液，在氯化钾溶液中滴加3滴淀粉溶液，装好后将U型管置于大烧杯中固定好，然后将接有石墨棒的导线分别插入U型管两侧溶液中，再将导线两端分别接在灵敏电流计的正负极。

实验现象：氯化铁溶液中石墨电极附近的颜色变浅，说明石墨电极附近铁离子的浓度减小，碘化钾溶液中石墨电极附近的颜色变为蓝色，说明有碘单质生成，碘与淀粉溶液变蓝色，电流表指针发生了偏转，证明2FeCl3＋2KI＝2FeCl2＋I2＋2KCl能够发生。

为了让学生理解盐桥的作用，笔者做了探究性设计。

(1)如图4所示，在2个烧杯中分别加入饱和氯化铁和饱和氯化钾溶液，在氯化钾溶液中滴加3滴淀粉溶液，再将导线两端分别接在灵敏电流计的正负极，观察现象。

图4 未用棉线连接

(2)用棉线代替了U型管，具体操作是：取一段吸水性强的粗棉线，在饱和氯化钠溶液中浸泡直至棉线吸足溶液后使用，再将吸足氯化钠溶液的粗棉线深入盛有饱和氯化铁和饱和氯化钾溶液的烧杯中，观察现象(见图5)。

图5 用棉线连接

实验现象：图4装置中两烧杯未用棉线连接时，电流表指针未偏转，说明不产生电流；图5中用饱和氯化钠溶液浸泡过的棉线连接后，电流表指针偏转，说明产生了电流。

6 实验优点

(1)所用仪器均来自实验室常见仪器，图3在原装置的基础上加以创新设计，所用仪器不变，但大大减少了药品的用量。烧杯用于固定反应装置，不需要铁架台等固定装置，使反应装置简单易操作。用饱和氯化钠溶液浸泡过的棉线替代装有琼脂的U型管做盐桥大大缩短了实验时间，便于学生在课堂上操作。

(2)通过系列实验对于盐桥的作用加以探究，加深学生对盐桥的理解，激发学生探究原电池工作原理的热情。