神奇的自來水茶杯電池

鐘陽春

不銹鋼茶杯裝自來水，就能變成電池，你相信嗎？

電池是指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間，能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，具有正極、負(fù)極之分。隨著科技的進(jìn)步，電池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置，如太陽能電池。電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢、容量、比能量和電阻。利用電池作為能量來源，可以得到具有穩(wěn)定電壓，穩(wěn)定電流，長時(shí)間穩(wěn)定供電，受外界影響很小的電流，并且電池結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，充放電操作簡便易行，不受外界氣候和溫度的影響，性能穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代社會(huì)生活中的各個(gè)方面發(fā)揮著很大作用。

電池的誕生，基于人們對于獲取持續(xù)而穩(wěn)定的電流的需要，生活中常見的電池有干電池、鉛蓄電池和鋰電池等。從1746年荷蘭萊頓大學(xué)的馬森布羅克發(fā)明的收集電荷的“萊頓瓶”到現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的鋰電池，電池的發(fā)展經(jīng)歷了200多年的歷程，電池的發(fā)明，是來源于一次青蛙的解剖實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的靈感。1780 年的一天，意大利解剖學(xué)家伽伐尼在做青蛙解剖時(shí)，兩手分別拿著不同的金屬器械，無意中同時(shí)碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到電流的刺激，他稱之為“生物電”。

伽伐尼的發(fā)現(xiàn)引起了物理學(xué)家們的極大興趣，他們競相重復(fù)伽伐尼的實(shí)驗(yàn)，意大利物理學(xué)家伏特在多次實(shí)驗(yàn)后則認(rèn)為：伽伐尼的“生物電”之說并不正確。青蛙的肌肉之所以能產(chǎn)生電流，大概是肌肉中某種液體在起作用。1799年，伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過。伏特用這種方法成功制成了世界上第一個(gè)電池“伏特電堆”，也即原電池。

通過氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流的裝置稱為原電池，也可以說是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。原電池放電時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。例如銅鋅原電池又稱丹尼爾電池，其正極是銅極，浸在硫酸銅溶液中；負(fù)極是鋅板，浸在硫酸鋅溶液中。兩種電解質(zhì)溶液用鹽橋連接，兩極用導(dǎo)線相連就組成原電池。

平時(shí)使用的干電池，是根據(jù)原電池原理制成的。利用不銹鋼茶杯和自來水就能做一個(gè)原電池，你相信嗎？你想做一個(gè)原電池嗎？接下來一起動(dòng)手做一個(gè)電池吧。

不銹鋼茶杯、鍍鋅鐵絲（普通鐵絲幾乎都鍍了鋅）、鋼絲鉗、發(fā)光二極管、按壓式接線端子、黑色圓圈打印紙、透明塑料片、自來水、盛水容器、鱷魚夾

（1）用鋼絲鉗剪長20cm左右的鍍鋅鐵絲若干根。

（2）將鍍鋅鐵絲用鋼絲鉗固定在不銹鋼茶杯的手柄上。

（3）將固定在不銹鋼茶杯上的鍍鋅鐵絲彎折一定角度依次放入相鄰的不銹鋼茶杯，并排列成一個(gè)圓形，特別注意：鍍鋅鐵絲不能碰到相鄰不銹鋼茶杯的底部和側(cè)壁。

（4）將發(fā)光二極管兩個(gè)接線腳穿過黑色圓圈紙并同時(shí)與按壓式接線端子相連。

（5）用鱷魚夾將最后一個(gè)不銹鋼茶杯的手柄與發(fā)光二極管的長腳端相連，發(fā)光二極管的短腳端與鍍鋅鐵絲相連。

（6）將與發(fā)光二極管短腳端相連的鍍鋅鐵絲穿過透明塑料片并放入與最后一個(gè)不銹鋼茶杯相鄰的茶杯中，鍍鋅鐵絲不碰不銹鋼茶杯的底部和側(cè)壁。

（7）依次往不銹鋼茶杯中倒入自來水，這時(shí)可觀察到神奇的現(xiàn)象：發(fā)光二極管亮了。

（1）原電池反應(yīng)屬于放熱的反應(yīng)，一般是氧化還原反應(yīng)，但區(qū)別于一般的氧化還原反應(yīng)的是，電子轉(zhuǎn)移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的，而是還原劑在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子通過外電路輸送到正極上，氧化劑在正極上的電子發(fā)生還原反應(yīng)，從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉(zhuǎn)移。兩極之間溶液中離子的定向移動(dòng)和外部導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)構(gòu)成了閉合回路，使兩個(gè)電極反應(yīng)不斷進(jìn)行，發(fā)生有序的電子轉(zhuǎn)移過程，產(chǎn)生電流，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。從能量轉(zhuǎn)化角度看，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；從化學(xué)反應(yīng)角度看，原電池的原理是氧化還原反應(yīng)中的還原劑失去的電子經(jīng)外接導(dǎo)線傳遞給氧化劑，使氧化還原反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行。

（2）自來水茶杯電池工作原理如圖所示：

鍍鋅鐵絲：電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn - 2e- = Zn2+

不銹鋼茶杯：電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)：2H+ + 2e- = H2↑

總反應(yīng)式：

2Zn + 2H2O = Zn（OH）2 + H2↑