1原电池性质的系列实验探究郑理贺济琼潘震赵可嘉北京十二中高一（2）班指导教师：郑晓红首都师范大学附属丽泽中学摘要：利用数据采集器和传感器等仪器，测试了原电池中温度的变化、电压大小的变化，以及不同电池的使用寿命等，并对实验数据进行了分析和讨论。关键词：原电池传感器实验探究1问题的提出原电池是将化学能转化成电能的装置。根据我们近来所学原电池的相关内容，对原电池的相关性能进行了探究。当化学能转化为电能的过程中，温度的变化是否明显？化学能主要转化为电能还是热能？什么因素与原电池电压的大小有关？通过试验能定性总结出什么相关的规律？普通锌锰电池与碱性锌锰电池哪一种更耐用？购买时选择那种电池更实惠？⋯⋯为了弄清这些问题，我们利用数据采集器和传感器等仪器，通过以下几个实验进行了探究。2材料与仪器2.1药品、材料：1mol/LCuSO4溶液，1mol/LZnSO4溶液，1mol/LMgCl2溶液，1mol/LFeCl3溶液，1mol/LAgNO3溶液，饱和KNO3溶液，Cu片，Zn片，Mg粉，Mg条，Fe片，镀Ag铁片，1.5V、5号普通锌锰电池和碱性锌锰电池（三圈牌，福建厦门产）。2.2仪器：计算机，威尼尔牌（Vernier，美国）数据采集器以及电流、电压、2温度传感器；磁力搅拌器等。3实验方法与结果分析3.1化学反应、原电池反应中能量变化的测定3.1.1实验方法化学反应中温度变化的测定：用“温度—时间”方式采集数据。在100mL烧杯中加入60mL的1mol/LCuSO4溶液，用温度传感器测温，用磁力搅拌器加以搅拌，待温度显示恒定后加入1gMg粉。采集化学反应过程中温度的变化情况。原电池反应中能量变化的测定：用“温度—时间”、“电流—时间”两种方式同步采集数据。在100mL烧杯中加入60mL的1mol/LCuSO4图1化学反应中温度变化实验测定3图2原电池反应中能量的变化实验测定溶液，用温度传感器测温；用导线将电流传感器上的正极一端与Cu片连接，用另一导线将电流传感器上的负极一端与Mg条连接；用待温度显示恒定后，同时将Cu片、Mg条平行插入CuSO4溶液中。采集原电池反应中温度、电流的变化情况。3.1.2结果与分析化学反应中温度变化的测定结果见图1。由数据图可以清楚地发现：化学能与热能之间通过化学反应可以直接转化。原电池反应中能量变化的测定数据见图2。由数据图说明：在原电4池反应中，化学能绝大部分转化成了电能。体系的温度只有极小的升高，说明有极少量的化学能与热能之间发生了转化。3.2探究与原电池电压大小相关的因素原电池利用氧化还原反应产生电能。利用盐桥可以将原电池装置中的氧化反应、还原反应分离开来。本实验利用浸有饱和KNO3溶液的滤纸来代替盐桥，将原电池装置微型化，可以方便地测定不同金属电极之间的电压值。如果电压显示为正电压，说明与电压传感器正极端相连的金属离子被还原，与电压传感器负极端相连的金属被氧化；反之，如果电压显示为负电压，说明与电压传感器正极端相连的金属被氧化，与电压传感器负极端相连的金属离子被还原。比较几对金属电极的电压值，就能得到这些金属的还原性顺序。3.2.1实验方法采用电压传感器，采集实验数据。取一张滤纸，裁剪成如图3所示的形状，放在合适的培养皿中；在滤纸相互间隔的位置上分别滴加3滴1mol/LCuSO4溶液、1mol/LFeCl3溶液、1mol/LZnSO4溶液、1mol/LMgCl2溶液、1mol/LAgNO3溶液，再分别在各自盐溶液上放上Cu片、Fe片、Zn片、Mg条、镀Ag铁片（注意金属表面要打磨，金属的上面保持干燥）；用饱和KNO3溶液润湿滤纸的中央部分，使各电极之间连接起来。如图3所示。实验测量过程中用电压传感器的两个探头分别与不同的金属表面接触，示值稳定后保存数据。5图3不同金属电极之间电压测定装置3.2.2结果及分析实验结果数据图见图4。通过实验可以发现，不同的金属电极之间有不同的电压值，而且具有一定的规律。将实验数据加以整理，可得到如下结论。（1）金属还原性由大到小的顺序是：Mg＞Zn＞Fe＞Cu＞Ag（2）金属电极之间还原性差异越大，组成的原电池电压绝对值越大。（3）不同金属电极之间的电压值可以通过相互比较来预测。实验统计6数据表明预测值的相对偏差均小于±2%，准确度较高。表1是预测与实测的统计结果。表1不同金属电极之间实...
