对铜锌原电池实验的创新设计

夏立先

人教版及苏教版高中化学必修教材，都是用图1装置做铜锌原电池实验。该装置的缺陷是：锌直接接触稀硫酸，由于过电位的存在，锌表面也会有比较多的气泡，影响实验效果。尽管一些教师对该装置进行了局部改进，但只要锌接触稀硫酸，锌表面总会有一些气泡。所以，为了锌表面不产生气泡，大家不得不用图2装置进行实验。图2中X液为硫酸锌溶液、Y液为稀硫酸，锌与稀硫酸放到两个烧杯中，两个烧杯之间靠盐桥连接，由于锌接触不到稀硫酸，故锌表面不会有气泡。

对化学选修的学生及选修阶段而言，采用图2装置理解原电池原理困难不大，但对化学必修的学生及必修阶段而言则困难极大。

能否把图1装置和图2装置融为一体，设计出一个新的装置？在这种想法的指引下，一个颇有创意的新装置便产生了。

1.设计思路

在同一烧杯中放两种溶液，密度大的放到下层，密度小的放到上层。为减少相互扩散，同时能保证离子的自由迁移，在上层溶液的中间部分用多层滤纸或海绵隔开，把两个相连的电极分别放到，上层溶液和下层溶液中，这样就制作好了一个原电池装置。

改进后的实验装置图如图3所示。

2.实验步骤

取一只普通漏斗，用颈穿过双层滤纸中央，将连有铜片的导线穿过漏斗。取一只200mL的烧杯，向其中加入100mL2 mol·L-1的稀硫酸，将连接好的漏斗及铜片（太大时可折叠）放入烧杯中，将滤纸压入烧杯大约150mL处;另取一烧杯，向其中加人一钥匙氯化钠固体，加入大约100mL水，用玻璃棒搅拌溶解，然后将该稀的食盐水沿烧杯壁缓缓倒入烧杯中，滤纸下方大约有50mL食盐水，滤纸上方大约有50mL食盐水;将导线的另一端与锌片连接，然后把锌片放入滤纸上方的食盐水中即可。

实验现象：可以看到铜表面气泡逐渐增多，后保持相对稳定，产生的气泡沿着漏斗颈的孔冒出;锌表面至少保持15min没有气泡。

3.几点说明

（1）漏斗的作用，一是起支撑滤纸的作用，二是起导气作用。

（2）滤纸不要紧贴硫酸溶液，滤纸下方要有一定厚度的稀氯化钠溶液;否则，硫酸会比较快地扩散上来，导致锌片，上产生气泡。滤纸层数可根据需要进行调整，层数越多，扩散越慢。滤纸直径要稍大于烧杯直径，保证密封效果。

（3）密度大的溶液一定要在下方，密度小的溶液在，上方，这样可以减慢扩散速度。

（4）實验拓展。可以利用上述改进装置，做其他一些实验。如：

①铜或铁与氯化铁反应实验。上层溶液为稀氯化钠溶液，电极为铜或铁;下层溶液为浓氯化铁溶液，电极为碳棒。

②锌与硫酸铜反应实验。上层溶液为稀氯化钠或硫酸锌溶液，电极为锌;下层溶液为浓硫酸铜溶液，电极为碳棒或铜。

③浓差电池。上层溶液为稀硫酸铜溶液，电极为铜;下层溶液为浓硫酸铜溶液，电极为铜。