趙園園
(江蘇省邗江中學(xué) 江蘇揚(yáng)州 225009)
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自制“鹽橋”—電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教具
趙園園
(江蘇省邗江中學(xué)江蘇揚(yáng)州225009)
摘要:介紹一套以U型管、果凍、飽和氯化鉀溶液為主體的綜合性實(shí)驗(yàn)教具。應(yīng)用該教具,能融合探究“鹽橋電池、電解水、氫氧燃料電池”等電化學(xué)實(shí)驗(yàn),使實(shí)驗(yàn)過程具有結(jié)構(gòu)簡單、小巧輕便、易拿易用,現(xiàn)象明顯,能長期保存等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:U型管;果凍;鹽橋;實(shí)驗(yàn)教具
化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)化是整個(gè)高中化學(xué)的重要知識(shí),原電池實(shí)驗(yàn)更是促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考,進(jìn)而形成電化學(xué)核心概念的重要實(shí)驗(yàn)。蘇教版必修二中出現(xiàn)的單液原電池,蘇教版選修四中出現(xiàn)的雙缸式的鹽橋電池,這兩套裝置都可以直觀地展示化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)化。但在實(shí)驗(yàn)中存在以下不足:
1、單液原電池裝置產(chǎn)生的電流微弱,供電時(shí)間短,不能持續(xù)對外提供電能。
2、雙缸式的鹽橋電池電池裝置能產(chǎn)生穩(wěn)定、持續(xù)的電流,但是攜帶不方便。
3、其中的鹽橋是熬制飽和的氯化鉀瓊脂溶液,填充U形管制成。而鹽橋制備成功有一定的難度,并且制備出的鹽橋無法長期保存。
基于上述不足,本人在借鑒已有研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐,對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn),應(yīng)用生活中最常見的物質(zhì)“果凍”來完成該實(shí)驗(yàn),制作了一套能融合探究“鹽橋電池、電解水、氫氧燃料電池”等電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教具。果凍的主要成分除水外主要是增稠劑海藻酸鈉、瓊脂、明膠等。由于其強(qiáng)大的保水性能,在果凍中加入一定量的電解質(zhì),可應(yīng)用于電解池和原電池的兩電極之間的介質(zhì),充當(dāng)鹽橋,降低了內(nèi)阻,提高了功率。實(shí)踐表明:使用該教具,簡化實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量,提高電化學(xué)實(shí)驗(yàn)效果,激發(fā)了學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新意識(shí),具有良好的教學(xué)效果。
1.用藥匙取三小勺果凍放于U形管的底部。
2.將U形管放入100℃的熱水浴中加熱至果凍溶化。
3. U型管兩端分別滴加3—4滴飽和KC1溶液,振蕩。
4.再將U形管放入冷水浴中冷卻,果凍凝固,充當(dāng)鹽橋。如圖1所示。
1.“銅鋅—硫酸”鹽橋電池
裝置如圖2所示。
圖1
圖2
(1)在U形管的兩端分別加入1moL/L的ZnSO4溶液,1moL/L的CuSO4溶液,注意均勻加,防止一端溶液過多,導(dǎo)致鹽橋松動(dòng)。
(2)將U形管固定于鐵架臺(tái)上。
(3)銅絲繞成螺旋狀,作為正極,插入CuSO4溶液中,拆開廢舊干電池上的鋅皮,作為負(fù)極,插入ZnSO4溶液中,兩極上端呈彎曲狀方便使用。
(4)使用鱷魚夾,將電源正、負(fù)極與音樂賀卡的正、負(fù)極相連。賀卡響起優(yōu)美的音樂,化學(xué)
能轉(zhuǎn)化為電能
2.融合探究“電解水——?dú)溲跞剂想姵亍?/p>
裝置如圖3所示。
圖3
1.敲開1號干電池,取出里面的碳棒,在酒精噴燈的火焰上燒紅,迅速投入冷水里急冷,重復(fù)多次,使得碳棒表面粗糙多孔。在碳棒上端固定一小截牙簽,便于使用。
2. U型管的兩端分別加入少許紫色石蕊溶液,酚酞溶液。
3. U型管的兩端再加入飽和硫酸鈉溶液。
4.將處理過的碳棒作為電極,連接電源的正負(fù)極,電解約30秒,看到一端紫色石蕊變紅,產(chǎn)生氣泡,一端酚酞也變紅,并產(chǎn)生大量的氣泡,根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,很容易分析出水電解的實(shí)質(zhì),學(xué)生容易理解。
5.以上實(shí)驗(yàn)獲得了活性氫氣與氧氣,下面斷開電源,連接音樂賀卡,氫氧燃料電池又成功制得,這樣制得的燃料電池可持續(xù)放電1分鐘以上。
通過多次的化學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),本實(shí)驗(yàn)教具具有以下特點(diǎn):
1.一物多用,該教具不僅可以用做原電池還可以用做電解池,可以實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化。
2.材料易得。主要材料果凍生活中極其常見。
3.結(jié)構(gòu)簡單、小巧輕便、易拿易用,成功率高。
4.音樂伴隨著溶液顏色的變化,現(xiàn)象生動(dòng)有趣。
5.裝置清洗方便,能重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
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doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.02.033
文章編號:1008-0546(2016)02-0096-01
中圖分類號:G633.8
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B