CTM蓄电池原电池演示实验的创新设计
ctm蓄电池原电池演示实验的创新设计
原电池的教材演示实验,是通过观察电流表指针偏转来证明产生了电 流。但在实际的教学演示实验中，我们从侧面也不易观察到铜片上的气泡,而且只是通过观察电流表的指针的偏转来判断电流的产生，这不能够很好地调动我们学生的直观感受，对我们学生的思维发展而言还不够，思考的深度还需要增加。因此，对原电池实验进行创新很有必要,也很有意义。我们小组进行了如下的创新。
实验思路:组装一个原电池，碳棒做正极，锌片做负极，稀硫酸做电解质溶液，然后连接一个1.5伏的小马达和小风扇。
作品实现方案:通过原电池装置将化学能转化为电能，然后小马达将电能转化为机械能让小扇风转动起来。
主要创新点:用小马达和小风扇来代替原有实验的电流表，更能直观的说明电流的产生。
作品实现过程: 1.探索经历:碳棒做正极，锌片做负极，稀硫酸做电解质溶液，然后连接一
个1.5伏的小马达和小风扇,先通过原电池装置让化学能转化为电能,后利用小马达将电能转化为机械能，从而让小风扇转动起来。
2、发现问题:依照探索过程，将原电池和小马达组装连接后，发现小风扇并没有转动起来，后检查发现该装置产生的电流太微弱(小马达的电压3伏)，不足以小风扇转动起来。
3.解决问题:从网上购买1.5伏小马达来替换原有的马达(3伏);增大稀硫酸的浓度来增大产生的电流;减小原电池装置中的两电极间的距离。
关键词：原电池小电机小风扇
原电池小风扇（如图1所示）可以使我们学生直观观察到电流的产生。但是这种装置不宜携带。本小组自制了一个演示装置，既可方便教师进行演示实验也可供学生自己动手操作。
图1原电池小风扇演示仪
本实验的原理：是以氧化还原反应为基础，将化学能转化为电能的装置， 然后再利用小马达将电能转化为机械能，最终让小风扇转动起来。原电池反应
属于放热反应，一般是自发的氧化还原反应，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂（溶液中的阳离子）在正极上得到电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间的溶液中离子的定向移动和外部导线电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。然后利用小马达（1.5伏），将电能转化为机械能，最终使小风扇转动起来。
本实验的仪器和药品
主要仪器：小风扇 红色与黑色导线各1条 小马达石墨棒1根活泼金属（镁铝锌铜）若干片 数字传感器
主要药品：1 mol/L硫酸溶液（H2SO4）、2 mol/L硫酸溶液（H2SO4）、实验过程与分析
2.3.1探究电解质溶液的浓度对小风扇速度的影响
实验步骤：采用3cm2的镁片做负极，3cm2的石墨做正极，保持两电极间距为5.2 cm。采用不同浓度的稀H2SO4溶液驱动小风扇转动。用秒表计时，测量小风扇转动的速度。
实验结果：见表1。
|
电解质溶液 |
电极 |
电极表面积 |
电极间的距离 |
小风车转动速度 |
|
1 mol/L H2SO4 |
镁+碳 |
3 cm2 |
5.2CM |
较快 |
|
2 mol/L H2SO4 |
镁+碳 |
3 cm2 |
5.2CM |
快 |
结果分析：不同浓度的稀H2SO4溶液相比，较高浓度的溶液可以一定程度的提高小风扇转动速度。稀H2SO4作为电解质溶液构成的原电池的原理相对简单， 适合我们新学阶段的学生，但是采用2 mol/L H2SO4溶液时，反应较为剧烈，释放出大量的气泡，且对小风扇的速度的提升并不显著。所以后续实验中，将采用1 mol/L H2SO4 溶液作为电解质溶液，通过控制变量法，继续探究其它影响小风扇运行速度的因素。
2.3.2探究不同电极材料对小风扇速度的影响
实验步骤:采用1 mol/L H2SO4 溶液作为电解质溶液，仍然保持两电极间距为
5.2 cm，电极的表面积为3 cm2。替换不同的材料做电极，用秒表计时，测量小风扇转动的速度。
实验结果：见表2
|
电解质溶液 |
电极 |
电极表面积（CM） |
电极间距 （CM） |
小风扇转动速度 |
|
1mol/L H2SO4 |
镁+碳 |
3 |
5.2 |
最快 |
|
1mol/L H2SO4 |
铝+碳 |
3 |
5.2 |
较快 |
|
1mol/L H2SO4 |
锌+碳 |
3 |
5.2 |
较快 |
|
1 mol/LSO4 |
镁+铜 |
3 |
5.2 |
不转 |
结果分析：4组不同的电极材料组合中，当镁和石墨做电极时，小风扇的转动速度最快。当镁和铜做电极时，小风扇无法转动。电池中电子由负极向正极移动的倾向反映了两极间的电势差大小，即电池电压的大小。电势差产生的最根本原因即氧化还原反应的两个半反应电对之间的电势不同[3]。一般情况下， 原电池两极均存在以下平衡：氧化型＋ nｅ-还原型，从而产生相应的电极电势。不同电极氧化还原能力不同，其电极电势不同，电极电势越负越易失电 子，越正越易得电子，电子由电极电势较低的一极流向较高的一极，两极平衡被打破，形成持续电流[4]。查阅标准电极电势表可知各电极的标准电极电势如下：