江文韜

【摘 要】本文探究簡易實驗環(huán)境下原電池電極選擇對測量誤差的影響。實驗利用氧化還原反應(yīng)原理制作電池，探究分析將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的原理以及影響理論電壓與實驗電壓差異的主要因素。實驗過程采用理論分析、分場景實驗、控制變量法等研究方法，區(qū)別水果及蔬菜種類、電極金屬活動性強弱、電極接觸電解液表面積大小、電極間距離等因素研究原電池實驗測量電壓與理論電壓差異。

【關(guān)鍵詞】原電池；電極；測量誤差

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】1671-8437（2019）16-0127-02

使用家庭常見物品及植物塊莖、果實研究原電池原理，便于學(xué)生提高動手能力，加深對知識的理解和感性認識。本文旨在研究學(xué)生家庭簡易環(huán)境下研究原電池原理中影響測量誤差的主要因素，從電極材料選擇、接觸面積、電極間距、測量方式等方面為學(xué)生規(guī)避實驗誤區(qū)，提高實驗精度，快速得出正確結(jié)論提供參考。

1 實驗構(gòu)想

原電池中金屬的氧化還原反應(yīng)中的氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)分別在負極和正極上發(fā)生。較活潑的金屬為負極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；電子經(jīng)外部導(dǎo)線傳導(dǎo)至正極，電解液中的陽離子向正極移動，正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。以鐵絲和銅絲電極組成的原電池為例，實驗中鐵絲的金屬活潑性強于銅絲，作為負極失去電子置換出水果及塊莖類蔬菜汁液中酸性物質(zhì)的氫離子；而溶液中的氫離子移動至銅絲正極得到電子，生成氫氣而析出。

從理論上來說，電壓高低與兩種電極金屬活潑性差異有關(guān)，電流大小和植物汁液中酸性物質(zhì)濃度及電阻大小相關(guān)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。

2 實驗步驟

2.1 實驗儀器及用品準備

實驗儀表：多用電表。

2.2 實驗操作

實驗①：首先用砂紙清潔金屬絲電極表面至潔凈光亮無銹跡（每次使用電極前重新清潔，下同），然后用直尺量出距金屬絲末端1厘米處位置，用水彩筆做好標記。用比金屬絲稍細的牙簽分別插入各待測水果及塊莖類蔬菜，每個樣品各做出垂直于樣品表面、深度1厘米、間距1厘米的小孔，做為金屬絲電極插入點。

將銅絲和鐵絲末端插入樣品上的小孔至1厘米標記處與樣品表面持平，并使用導(dǎo)線將銅絲和鐵絲的另一端分別與電壓表正負極相聯(lián)，數(shù)值穩(wěn)定不變后記錄測量電壓值。之后換成銅絲和鋁絲及鐵絲和鋁絲，重復(fù)以上操作，記錄所得電壓值。

實驗②：調(diào)整電極插入深度、間距分別為2厘米和1厘米，重復(fù)以上步驟。

實驗③：調(diào)整電極插入深度、間距分別為3厘米和1厘米，重復(fù)以上步驟。

實驗④：調(diào)整電極插入深度、間距分別為2厘米和3厘米，重復(fù)以上步驟。

實驗⑤：調(diào)整電極插入深度、間距分別為2厘米和6厘米，重復(fù)以上步驟。

2.3 電極與電解液接觸面積影響

實驗數(shù)據(jù)分析：在電極材料、原電池介質(zhì)、正負電極間距保持不變時，原電池發(fā)電效率與電極插入深度（正負電極與電解液接觸面積）成正比。

2.4 測量方式對比分析

由于實驗選取了易于找到的銅絲、鐵絲等材料和精度較低的家用電壓表和電流表等器材，測量出電流較小（實驗中僅0.06毫安左右），測量誤差對實驗結(jié)論有較大影響。而使用電壓表功能測量時，由于測量值相對較大（約0.5～1.3伏之間），對測量誤差容忍度較高，可確保簡易條件下實驗

效果。

2.5 測量誤差分析

由于實驗選取了易于找到的銅絲、鐵絲等材料和精度較低的家用電壓表和電流表等器材，電極與樣品汁液接觸面積較小，產(chǎn)生的電流較小，制作的原電池內(nèi)電阻較大，使用電流表或多用電表毫安檔電流表功能，測量出電流較?。▽嶒炛袃H0.06毫安左右），測量誤差對實驗結(jié)論有較大影響。而使用電壓表功能測量時，由于測量值相對較大（約0.5～1.3伏之間），對測量誤差容忍度較高，可確保簡易條件下實驗效果[1-2]。

3 實驗結(jié)論

實驗研究的以下四個因素均能影響原電池的發(fā)電效率。（1）電解液濃度影響：在檸檬、橙子、蘋果幾種樣品中，用檸檬做電池的發(fā)電效果最好，其次橙子，然后是蘋果，最后是柑橘（將以上樣品汁液滴在PH試紙檢驗，PH值依次遞增）。（2）金屬活潑性強弱影響：當正電極不變時，負電極的金屬越活潑，原電池發(fā)電效率越高。當負電極不變時，正電極金屬越不活潑，原電池發(fā)電效率越高。（3）電極與電解液接觸面積影響：電極插入樣品越深，電極與電解液接觸的表面積越大，當電極材料與電解液體不變是時，電極插入得越深，原電池發(fā)電效率越高。（4）電極之間的距離的影響：電極間的距離越小，原電池發(fā)電效率越高。

【參考文獻】

[1]黃清輝，張賢金，吳新建.基于實驗探究促進學(xué)生化學(xué)深度學(xué)習——以魯科版“原電池的工作原理”為例[J].化學(xué)教與學(xué)， 2016（6）.

[2]張會娟.以“原電池”概念教學(xué)為例談概念的深度學(xué)習[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（22）.