过氧化钠性质的微型化学实验设计.doc

探究铜——锌原电池灯泡发光实验设计 方庆云 （泰河中学） 一、实验目的 高中化学教师在进行铜——锌原电池使小灯泡发光实验中，一直难以解决如何使灯泡发光的问题，很多时候采用发光二极管代替或者用灵敏电流计测电流，通过电流来判断是否形成原电池，以至于现行苏教版教材也采用灵敏电流计测电流来代替小灯泡发光实验。而笔者在教学和实践中发现，若将铜片加热后再进行实验，小灯泡能发光，遂进行了如下实验研究，以探索实验的科学原理和实验条件的选择。 二、实验仪器及试剂 铜片（截面积3.4×4.5 cm2），锌片（截面积3.4×4.5 cm2），硫酸溶液（3mol·L-1、6mol·L-1、9mol·L-1），酒精灯，镊子，电池槽，导线，小灯泡（1.5V，0.3A），灵敏电流计（浙江台州电表厂） 三、实验仪器装置图及仪器的组装说明 四、实验操作 3.1 不同浓度H2SO4溶液、浸没表面积和极板间距条件下电流大小与灯泡发光情况 按图2组装实验装置图，通过移动铜极板改变两极板间的位置，增加H2SO4溶液的体积改变浸没表面积，实验数据记录如下： 表1浓度、表面积和极板间距对灯泡发光及电流大小的影响 H2SO4浓度 表面积（cm2） 间距（cm） 灯泡亮暗 电流（A） 3mol·L-1（16 3.4cm× 3cm 不发光 0.14 4.5cm 不发光 0.13 6cm 不发光 0.12 3.4cm× 3cm 不发光 0.142 4.5cm 不发光 0.14 6cm 不发光 0.13 3.4cm× 3cm 不发光 0.153 4.5cm 不发光 0.15 6cm 不发光 0.142 6mol·L-1（9℃ 3.4cm× 3cm 不发光 0.16 4.5cm 不发光 0.15 6cm 不发光 0.14 3.4cm× 3cm 不发光 0.14 4.5cm 不发光 0.13 6cm 不发光 0.12 3.4cm× 3cm 不发光 0.12 4.5cm 不发光 0.10 6cm 不发光 0.09 9mol·L-1（9℃ 3.4cm× 3cm 不发光 0.12 4.5cm 不发光 0.11 6cm 不发光 0.10 3.4cm× 3cm 不发光 0.14 4.5cm 不发光 0.13 6cm 不发光 0.12 3.4cm× 3cm 不发光 0.142 4.5cm 不发光 0.137 6cm 不发光 0.13 极板浸入酸溶液中表面积越大，产生的电流越大且持续供电时间越长，极板间距越小，电流越大，但供电时间会缩短，硫酸的浓度越大，产生电流也相对大一些。根据实验验证和探索，发现温度对电流大小也有影响，但小灯泡始终没有发光，而只能通过电流值来判断产生电流，如何能让灯泡发光？简单的增加电流、扩大极板浸入表面积和极板间距已经无法实现。 3.2 铜片加热对实验现象的影响 按图装置接入小灯泡和灵敏电流计，对铜片加热和不加热接入电路进行实验，记录小灯泡发光情况，读出灵敏电流计读数，记录表2。 表2 铜片加热对实验现象的影响 H2SO4浓度 极板表面积 电流（A） 小灯泡发光 发光时间(s) 3mol·L-1 3.4cm×2cm 0.18 发光但很暗 24 3.4cm×3cm 0.18 发光但很暗 32 6mol·L-1 3.4cm×2cm 0.20 发光较亮 34 3.4cm×3cm 0.20 发光较亮 62 3.4cm×4cm 0.20 发光较亮 72 9mol·L-1 3.4cm×2cm 0.20 发光较亮 82 3.4cm×3cm 0.20 发光较亮 166 实验中发现，铜片加热后灯泡能发光，且以6mol·L-1和9mol·L-1H2SO4溶液中发光强度没有太大区别，课堂演示实验不需要太长的时间，建议实验用6mol·L-1H2SO4。 加热时间长短（CuO厚度）对实验会有什么样的影响呢？笔者设计了如下研究 3.3 铜片加热时间对实验现象的影响 按原图接入小灯泡和灵敏电流计，将铜片放在酒精灯上分别加热30s、60s、90s、15s，记录小灯泡发光情况，读出灵敏电流计读数，记录表3。 表3 铜片加热时间对实验现象的影响 加热时间（s） 小灯泡亮度 发光时间（s） 灵敏电流计计数（A） 加热30s 发光较亮 46 0.20 加热60s 发光较暗 26 0.18 加热90s 不发光 0 0 实验进行到此，笔者觉得加热时间较短能取得较理想的发光效果和较稳定的电流，是否加热铜片时间越短，效果会更好呢？笔者又对刚才实验的铜片加热15s进行实验，结果灯泡不发光，灵敏电流计读数为0.12A，可见，加热时间太短也不是最佳实验条件。 基于这样的思考，笔者建议在演示铜——锌原电池实验中，选择的实验试剂和装置为：6mo