高中 化学 分组实验 挑战难度 电化学

原电池的工作原理

用铜锌原电池点亮小灯泡

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用锌片、铜片和稀硫酸组装原电池,观察电流表指针偏转、灯泡发光以及两极的现象,分析电极反应。

配套虚拟仿真:原电池的工作原理(虚拟探究)

用锌片、铜片和稀硫酸组装原电池,观察电流表指针偏转、灯泡发光以及两极的现象,分析电极反应。

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实验目的

  • 理解原电池的工作原理。
  • 会判断正负极并书写电极反应式。
  • 会用「盐桥」改进原电池装置。

实验原理

原电池是把化学能转化为电能的装置,其本质是自发的氧化还原反应在两个电极上分别进行。

以铜锌稀硫酸原电池为例:

• 负极(活泼金属锌):发生氧化反应,Zn − 2e⁻ → Zn²⁺

• 正极(较不活泼的铜):发生还原反应,2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑

电子由负极经外电路流向正极,电流方向与电子流方向相反。溶液中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。

关键公式 / 方程式 Zn − 2e⁻ → Zn²⁺;2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑

实验器材

锌片、铜片
稀硫酸
烧杯、导线
灵敏电流计(或小灯泡)
(拓展)琼脂盐桥、硫酸铜溶液、硫酸锌溶液

实验步骤

1

组装装置

把锌片和铜片平行插入盛有稀硫酸的烧杯中,用导线连接两极,中间串联灵敏电流计。

2

观察现象

观察电流计指针是否偏转、方向如何,观察两极表面是否有气泡产生。

3

对比实验

把两块锌片(或两块铜片)接入电路,观察是否产生电流。

4

盐桥改进

改用锌—硫酸锌溶液 || 铜—硫酸铜溶液并插入盐桥的双液原电池,观察现象差异。

5

分析电极反应

判断正负极,写出电极反应式和总反应方程式。

实验现象

闭合回路后电流计指针明显偏转,说明有电流产生。

锌片逐渐溶解变薄,铜片表面产生大量气泡。

两块锌片接入电路时指针不偏转。

使用盐桥的双液原电池电流更稳定。

实验结论

结论

原电池中发生的氧化还原反应分别在两极进行:活泼金属作负极发生氧化反应,较不活泼的电极作正极发生还原反应,电子经外电路由负极流向正极,从而产生电流。构成原电池需要两个活动性不同的电极、电解质溶液和闭合回路。

安全提示

请务必遵守以下安全要求

稀硫酸有腐蚀性,取用小心,避免溅到皮肤和衣服。

实验结束后及时取下导线,防止电池长时间放电造成锌片过多溶解。

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