锌铜原电池实验的改进

林红剑

摘要：通过分析教材中“锌一铜一硫酸”原电池实验现象产生的原因，从双液电池的构造和析氢超电势两个角度对电极进行改造或替换，使得该实验进一步优化。

关键词：锌铜原电池;析氢超电势;电极改造

文章编号：1008-0546（2021）01-0097-01

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.028

一、问题提出

人教版化学《必修2》在化学能与电能这一节中安排了“锌一铜一硫酸”原电池的实验。学生在实验中观察到的现象是锌片上有大量气泡，而铜片上几乎看不到气泡。这样的现象不利于学生深刻认识原电池的原理。

二、问题分析

锌片上之所以会产生气泡，其一是因为锌片与稀硫酸直接接触，若使用带有盐桥的双液电池则可以解决问题，但是双液电池增加了学生的理解难度，必修课程中不宜采用。

其二是因为锌片不纯，氢气在不同的金属上析出的超电势不同，粗锌中的一些杂质使得析氢超电势降低，导致氢气在锌片上析出。

三、问题解决

方法一：模仿双液电池的构造，将盐桥隐形化处理。具体措施如下：

1.配制氯化锌饱和溶液;

2.在氯化锌饱和溶液中加入淀粉，将溶液加热，使之呈糊状;

3.将淀粉糊均匀涂抹在锌片表面。

如此处理后的锌片不能与硫酸直接接触，既起到了双液电池的效果，又避免了装置的复杂化。在演示实验时，可以观察到锌片上无气泡，而铜片上有大量的气泡产生。

方法二：运用析氢超电势对电极进行改造，加大负极金属的析氢超电势，同时减小正极材料的析氢超电势。一些金属的析氢超电势如表1所示。

由表中数据可知，Hg的析氢超电势较大，因此用锌汞齐代替锌片作负极可以减少氢气在负极上析出。用Pt代替铜作正极可以极大地降低正极的析氢超电势，有利于氢气生成;或者用锉刀将铜片的表面处理成凹凸不平状，增大铜和硫酸的接触面积，加快了氢离子在铜表面的吸附速率，因而降低铜的析氢超电势[1]。

四、实验改进说明

原电池的原理是一个难点，需要通过电流表指针的偏转和铜片上的气泡，来认识电路中有电子的转移以及电子的流动方向。原来的实验看不到铜片上的气泡，学生难以借助这样的宏观现象来认识原电池的微观原理。在原有装置的基础上，对电极进行改造，既不增加装置的复杂性，又能使实验现象更明显。

参考文献

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