夏立先等

中学化学各版本高中教材都有铜锌原电池实验，即将铜片与锌片用导线连接后，同时插入稀硫酸中，观察实验现象。实验的预期现象是：铜片上有气泡，锌片没有气泡。但实际情况是不仅铜片上有气泡，而且锌片也有气泡。教师们想了各种办法，如降低硫酸的浓度、更换不同的锌片、减小锌片面积或增大铜片面积等，结果都无济于事，锌片上依旧有气泡。对于锌片上产生气泡的原因，目前比较流行的解释是：锌片不纯净，内部有杂质，自身形成了很多微小的原电池，从而锌片上有气泡。事实真的如此吗？为此，笔者对该实验进行了实验探究。

一、实验准备

1.取一块较大的白铁皮（铁表面镀锌），用剪刀剪成长

5 cm、宽2 cm的镀锌铁片若干片及长2.5 cm、宽2 cm的镀锌铁片若干片，用砂纸轻轻打磨锌片表面。将剪好的镀锌铁片的四周边缘，用毛笔蘸取清漆涂抹均匀（目的是封闭裸露的铁），晾干，备用。另截取长5 cm、宽2 cm的铜片若干片及长2.5 cm、宽2 cm的铜片若干片，用砂纸打磨光亮，备用。

2.配制2 mol/L硫酸、1 mol/L硫酸、0.5 mol/L硫酸、0.2 mol/L硫酸、0.1 mol/L硫酸、0.05 mol/L硫酸。

二、研究过程

1.探究锌片上的气泡与连接锌片和铜片之间的导体的电阻大小是否有关？

实验1 将长5 cm、宽2 cm铜片与长5 cm、宽2 cm镀锌铁片用10 cm长铜导线连接（用焊锡连接）后，同时插入0.2 mol/L稀硫酸中（如图1所示），铜片锌片各插入溶液一半（2.5 cm处），观察实验现象。

实验的现象是：铜片上有大量气泡，锌片有比较多气泡。

实验2 将长5 cm、宽2 cm的铜片从长约1 cm

处折叠成直角，将长5 cm、宽2 cm的镀锌铁片长约1 cm处折叠成直角，用焊锡将铜片与镀锌铁片焊接在一起，同时插入0.2 mol/L稀硫酸中（如图2所示），铜片锌片各插入溶液一半（2.5 cm处），观察实验现象。

实验的现象是：铜片上有大量气泡，锌片有比较少气泡。

实验3 取一块长2.5 cm、宽2 cm的镀锌铁片及一块长2.5 cm、宽2 cm的铜片，用焊锡将铜片与镀锌铁

片焊接在一起，总长度约5 cm，用毛笔蘸取清漆将焊锡部位涂抹均匀（目的是封闭裸露的焊锡），晾干。然后将该片直接浸入0.2 mol/L稀硫酸中（如图3所示），观察实验现象。

实验的现象是：铜片（靠近锌片部位）上有大量气泡，锌片上没有气泡（时间长了会有极少量气泡）。

现象分析及结论：

我们知道，电阻的大小与导体材料、是否有接点、导体的长度、导体的横截面积有关，电阻的大小与导体长度成正比、与导体的横截面积成反比。从理论上看，铜片与锌片之间的电阻，实验1中最大、实验3中最小。通过实验测试，铜片与锌片之间的电阻，

实验1中最大、实验3中最小。理论和实验是一致的。

通过实验1、实验2、实验3现象对比可知，在硫酸浓度比较小的情况下，锌片上气泡的多少，取决于连接锌片和铜片之间的导体的电阻大小，电阻越大，锌片上的氢气越多。实验3中的电阻最小，锌失去的电子迅速转移到铜上，所以锌片没有氢气；实验1中的电阻最大，锌失去的电子不能迅速转移到铜上，所以锌片有氢气。中学化学教材都是按实验1中的装置进行实验的，因此，锌片上产生气泡的原因一定与连接锌片和铜片之间的导体的电阻太大有关。

2.探究锌片上的气泡与硫酸浓度大小是否有关？

实验4 实验装置及步骤与实验3完全相同，只是将硫酸的浓度分别换成2 mol/L、1 mol/L、0.1 mol/L、0.05 mol/L硫酸，观察实验现象。

实验的现象是：2 mol/L、1 mol/L硫酸溶液，铜片上有大量气泡，锌片上也有少量气泡；0.1 mol/L硫酸溶液、0.05 mol/L硫酸，铜片上有大量气泡，锌片上没有气泡（时间长了会有极少量气泡）。

现象分析及结论：

通过实验4现象对比可知，硫酸浓度大小，对锌片上产生气泡会有影响，当硫酸浓度比较小时，锌片没有气泡；当硫酸浓度比较大时，锌片上有气泡。

三、实验总结论

根据以上实验及理论可知，造成铜锌原电池锌片上产生气泡的原因有：锌片本身的纯度、连接锌片和铜片之间的导体的电阻大小、硫酸的浓度。因此，把锌片上产生气泡的原因都归结为锌片不纯净，很显然是片面的、不妥的。

（收稿日期：2015-05-18）