神奇的自来水茶杯电池

钟阳春

不锈钢茶杯装自来水，就能变成电池，你相信吗？

电池是指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置，具有正极、负极之分。随着科技的进步，电池泛指能产生电能的小型装置，如太阳能电池。电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥着很大作用。

电池的诞生，基于人们对于获取持续而稳定的电流的需要，生活中常见的电池有干电池、铅蓄电池和锂电池等。从1746年荷兰莱顿大学的马森布罗克发明的收集电荷的“莱顿瓶”到现在广泛应用的锂电池，电池的发展经历了200多年的历程，电池的发明，是来源于一次青蛙的解剖实验所产生的灵感。1780 年的一天，意大利解剖学家伽伐尼在做青蛙解剖时，两手分别拿着不同的金属器械，无意中同时碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到电流的刺激，他称之为“生物电”。

伽伐尼的發现引起了物理学家们的极大兴趣，他们竞相重复伽伐尼的实验，意大利物理学家伏特在多次实验后则认为：伽伐尼的“生物电”之说并不正确。青蛙的肌肉之所以能产生电流，大概是肌肉中某种液体在起作用。1799年，伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。伏特用这种方法成功制成了世界上第一个电池“伏特电堆”，也即原电池。

通过氧化还原反应而产生电流的装置称为原电池，也可以说是将化学能转变成电能的装置。原电池放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。例如铜锌原电池又称丹尼尔电池，其正极是铜极，浸在硫酸铜溶液中；负极是锌板，浸在硫酸锌溶液中。两种电解质溶液用盐桥连接，两极用导线相连就组成原电池。

平时使用的干电池，是根据原电池原理制成的。利用不锈钢茶杯和自来水就能做一个原电池，你相信吗？你想做一个原电池吗？接下来一起动手做一个电池吧。

不锈钢茶杯、镀锌铁丝（普通铁丝几乎都镀了锌）、钢丝钳、发光二极管、按压式接线端子、黑色圆圈打印纸、透明塑料片、自来水、盛水容器、鳄鱼夹

（1）用钢丝钳剪长20cm左右的镀锌铁丝若干根。

（2）将镀锌铁丝用钢丝钳固定在不锈钢茶杯的手柄上。

（3）将固定在不锈钢茶杯上的镀锌铁丝弯折一定角度依次放入相邻的不锈钢茶杯，并排列成一个圆形，特别注意：镀锌铁丝不能碰到相邻不锈钢茶杯的底部和侧壁。

（4）将发光二极管两个接线脚穿过黑色圆圈纸并同时与按压式接线端子相连。

（5）用鳄鱼夹将最后一个不锈钢茶杯的手柄与发光二极管的长脚端相连，发光二极管的短脚端与镀锌铁丝相连。

（6）将与发光二极管短脚端相连的镀锌铁丝穿过透明塑料片并放入与最后一个不锈钢茶杯相邻的茶杯中，镀锌铁丝不碰不锈钢茶杯的底部和侧壁。

（7）依次往不锈钢茶杯中倒入自来水，这时可观察到神奇的现象：发光二极管亮了。

（1）原电池反应属于放热的反应，一般是氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上的电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。从能量转化角度看，原电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经外接导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。

（2）自来水茶杯电池工作原理如图所示：

镀锌铁丝：电池的负极，发生氧化反应：Zn - 2e- = Zn2+

不锈钢茶杯：电池的正极，发生还原反应：2H+ + 2e- = H2↑

总反应式：

2Zn + 2H2O = Zn（OH）2 + H2↑