高中化學(xué)原電池實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案探究

江蘇省昆山震川高級(jí)中學(xué)(215300) 陸 梅●

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高中化學(xué)原電池實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案探究

江蘇省昆山震川高級(jí)中學(xué)(215300)
陸 梅●

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅能夠幫助學(xué)生理解化學(xué)知識(shí)，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力.然而部分實(shí)驗(yàn)在操作過程中受多方面因素的影響，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不明顯，不利于學(xué)生的觀察和理解.文中就原電池實(shí)驗(yàn)存在的不足進(jìn)行了分析討論，并設(shè)計(jì)了多種探究方案，最終選擇最佳方案來解決原電池實(shí)驗(yàn)操作中存在的不足.

高中化學(xué);原電池;改進(jìn);探究

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，是分析問題，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要措施.作為高中化學(xué)教育工作者，要將化學(xué)實(shí)驗(yàn)的作用凸現(xiàn)出來，利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生完成“看——趣——疑——思——知”的思想轉(zhuǎn)變，在教授學(xué)生課本知識(shí)的同時(shí)提高學(xué)生的綜合能力.新課程改革實(shí)施以來，高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在著一定的不足，很多實(shí)驗(yàn)操作下來并不能取得良好的效果，學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)面臨各種各樣的問題，從而影響了整體的化學(xué)課堂教學(xué).改進(jìn)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)效率，對(duì)于提高高中化學(xué)教學(xué)效果具有重要的意義

一、原電池實(shí)驗(yàn)存在的問題

在高中階段的化學(xué)教學(xué)中，銅鋅硫酸原電池的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)之一，該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理就是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?在實(shí)驗(yàn)的過程中，教師需要將銅片和鋅片同時(shí)放在硫酸中，并通過導(dǎo)線將它們連入電流表中，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.其中，鋅片是作為負(fù)極來進(jìn)行反應(yīng)，因此，它就會(huì)失去電子，而銅片是正極，在反應(yīng)中得到電子，通過在兩個(gè)極位不斷發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，使得化學(xué)能不斷轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑥亩纬呻娮恿飨?理論上學(xué)生能夠看到鋅片發(fā)生溶解，同時(shí)銅片上會(huì)產(chǎn)生氣泡電流表的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn).但是在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中是電流表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，鋅片的表面產(chǎn)生大量的氣泡，而銅片表面幾乎沒有氣泡產(chǎn)生.通過電流表指針的偏轉(zhuǎn)可以得出結(jié)論：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中有電流產(chǎn)生；鋅片的表面產(chǎn)生大量的氣泡是因?yàn)榕c硫酸發(fā)生反應(yīng)，但是銅的表面沒有產(chǎn)生課本中記錄的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這些成為了該部分教學(xué)的難點(diǎn).此時(shí)，教師不得不花費(fèi)大量的時(shí)間作出解釋：由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，教學(xué)中使用的硫酸濃度較低，并不能夠產(chǎn)生明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等.在這種情況下來帶領(lǐng)學(xué)生分析原電池的實(shí)驗(yàn)原理很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，學(xué)生會(huì)聽的模模糊糊.以此，作為一線高中化學(xué)教師需要尋找辦法，解決“銅片表面沒有明顯氣泡產(chǎn)生”的問題.

二、原電池實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

為了能夠改變?cè)姵貙?shí)驗(yàn)中銅片極位沒有明顯氣泡產(chǎn)生的狀況，結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)出了三種探究方案來解決實(shí)驗(yàn)中存在的問題.

第一種方案：提高使用硫酸的濃度.在原有原電池實(shí)驗(yàn)中使用的硫酸濃度為4mol/L，為了能夠使銅片極位看到明顯的氣泡對(duì)硫酸的濃度作出調(diào)整，分別使用5mol/L、7mol/L和9mol/L的硫酸來觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.在該探究實(shí)驗(yàn)中，使用5mol/L的硫酸進(jìn)行試驗(yàn)，銅片極位依然沒有明顯的氣泡產(chǎn)生；當(dāng)使用7mol/L的硫酸進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，銅片極位產(chǎn)生了少量的氣泡；當(dāng)使用9mol/L的硫酸進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，銅片極位產(chǎn)生了較多的氣泡.

在該探究性試驗(yàn)中，隨著硫酸濃度的增加，銅片極位上雖然產(chǎn)生了較多的氣泡，但是電離出的氫離子和硫酸根離子也逐漸增大，從而導(dǎo)致電流表的偏轉(zhuǎn)也增大，甚至超過原有的量程，不符合電流表的使用標(biāo)準(zhǔn).如果使用的硫酸濃度較低，電流減小了，但是銅片極位的氣泡也減少了，不利于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察.另一方面，使用高濃度的硫酸，一輪實(shí)驗(yàn)下來需要大量的藥品，并且還容易發(fā)生安全事故.因此，該解決方案實(shí)施存在一定的問題.

第二種方案：減小電路中的電阻.根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的分析，有可能是因?yàn)殡娐分须娏鞅淼碾娮栎^大，導(dǎo)致銅片極位的氣泡不夠明顯.在實(shí)驗(yàn)中，將電流表直接去除，利用導(dǎo)線直接將銅片和鋅片連在一起放入硫酸中，來觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，此時(shí)就會(huì)看到通篇的表面出現(xiàn)了大量的氣泡，以此驗(yàn)證了在銅片極位電離出大量的氫離子.該實(shí)驗(yàn)方案雖然解決了銅片極位產(chǎn)生氣泡不明顯的問題，但是去除電流表后就難以驗(yàn)證電流的產(chǎn)生，就改變了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，因此該實(shí)驗(yàn)方案并不能夠完全解決原電池實(shí)驗(yàn)中存在的不足.

第三種方案：利用兩個(gè)較粗的銅絲和鐵絲，將它們擰成麻花狀連入電路中另一頭放入4mol/L的硫酸溶液中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)電流表指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)并且銅絲的表面會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡與課本中描述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致.為了進(jìn)一步對(duì)該實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)中選取了2mol/L、1mol/L的硫酸溶液進(jìn)行試驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)使用2mol/L的硫酸溶液進(jìn)行試驗(yàn)也可以得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大大減少了藥品的使用.

三、原電池實(shí)驗(yàn)改進(jìn)結(jié)論

為了改良原電池實(shí)驗(yàn)中銅片極位氣泡不明顯的情況，通過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)第三種解決方案非常合適.在改良實(shí)驗(yàn)中利用鐵絲代替銅片降低了試驗(yàn)成本，在取材上變得更加簡(jiǎn)單.另外，將4mol/L的硫酸溶液換成2mol/L的硫酸溶液，降低了硫酸濃度，減少了藥品的使用，降低了實(shí)驗(yàn)成本.總體上來說，改良后的實(shí)驗(yàn)達(dá)到了節(jié)約成本、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、操作簡(jiǎn)單的目的.

[1]徐明波,呂洪杰.淺談高中化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013.(3). 77-79.

[2]陳太平.關(guān)于高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的研究[J].數(shù)理化解題研究, 2013. (7). 51.

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