电化学中的滤纸实验

2015-10-09邢泰宇

化学教与学 2015年5期

关键词：锌片铜片原电池

邢泰宇

（湖北省应城市第一高级中学湖北应城 432400）

化学是一门以实验为基础的自然科学，学习化学离不开实验。中学生喜欢化学，其大部分原因是对化学实验感兴趣。在电化学教学过程中，适当引入一些与教学内容、实际生活相关的趣味性实验、滤纸实验，必将会激起学生的好奇心和求知欲，调动其学习的积极性。

一、为音乐贺卡供电

1.实验用品

锌片、铜片、ZnSO4溶液、CuSO4溶液、饱和 KCl溶液；玻璃板、滤纸、市售带灯的音乐贺卡。

2.实验过程

图1 简单锌铜单液原电池

图2 简单锌铜双液原电池

实验一：①将锌片、铜片用双面胶平行粘贴固定在玻璃板上，两金属片相隔一段距离。②用导线连接两金属片上部以及市售的带灯的音乐贺卡导线。③将用CuSO4溶液浸湿的滤纸覆盖在两金属片下部，使整个装置构成回路，如上图1。

现象：锌片表面变黑，音乐贺卡的音乐响起来，指示灯亮起来，很快音乐声变小、指示灯亮度变暗。

解释：锌片、铜片、滤纸上的CuSO4溶液构成了原电池装置，为音乐贺卡提供了电能，使其工作。但由于锌片与CuSO4溶液接触直接反应，锌原子把电子直接给了接触的 Cu2＋，得不到电流［1］，部分化学能转变为热能［2］损失了，使该原电池供电能力有限，电流衰减快，故音乐声变小、指示灯亮度变暗。

3.实验改进

实验二：①准备工作同实验一中的第①、②步。②将用ZnSO4溶液浸湿的滤纸覆盖在锌片下部，用CuSO4溶液浸湿的滤纸覆盖在铜片下部，两片滤纸再用浸有饱和KCl溶液的滤纸覆盖，使整个装置构成回路，如上图2。

现象：音乐贺卡的音乐响起来，指示灯亮起来，且能持续较长时间。

解释：锌片、滤纸上的ZnSO4溶液构成氧化反应的半电池，铜片、滤纸上的CuSO液构成还原反应的半电池，浸有饱和KCl溶液的滤纸作为盐桥，沟通电路，构成了双液［3］原电池装置，为音乐贺卡提供了电能。另外，盐桥的设计，使氧化反应和还原反应分别在不同的区域进行［4］，避免了锌片与CuSO4溶液接触直接反应，提高了装置的能量转换效率，故音乐贺卡能持续工作较长时间。

4.实验设计意图

第一，滤纸的使用使得溶液的用量减少，避免了烧杯实验中的浪费和污染。第二，带灯的音乐贺卡在实验一中的衰减与实验二中的较长时间稳定现象，能够直观地说明原电池装置设计的合理性，对于能量转换效率至关重要［1］。第三，带灯的音乐贺卡可加深学生对原电池工作原理的感性认识，同时又增强了实验的趣味性。

二、写彩色字的黑色铅笔

1.实验用品

Na2SO4溶液、石蕊溶液；直流电源、玻璃板、滤纸、铅笔两只。

2.实验过程

①将两只铅笔两端削尖，漏出里面的石墨；再将两只铅笔的一端用导线分别连在直流电源的正、负极上，如上图3。②将浸有Na2SO4溶液的半干的滤纸（纸上无明显液体）铺在玻璃板上，再滴加一、两滴石蕊溶液，使之均匀分散开。③打开电源开关，用两只铅笔的另外一端在滤纸上写字或划线等。

图3 写彩色字的黑色铅笔

现象：连接电源正极的铅笔写的字是红色的，连接电源负极的铅笔写的字是蓝色的。

解释：铅笔中的石墨、直流电源、滤纸上的Na2SO4溶液构成了电解池装置。连接电源正极的铅笔作阳极，笔尖处发生 2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋反应，破坏了水的电离平衡，生成的H＋使石蕊溶液变红色；连接电源负极的铅笔作阴极，笔尖处发生 4H2O＋4e－＝2H2↑＋4OH－反应，破坏了水的电离平衡，生成的OH－使石蕊溶液变蓝色。