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实验六 · 必修

原电池

第3章 物质结构 化学反应规律

实验目的

实验器材

实验原理

锌（Zn）比铜（Cu）活泼，更容易失去电子。在稀 H2SO4 溶液中，Zn 失去电子发生氧化反应，电子通过外电路（导线）流向 Cu 片，H+ 在 Cu 片上获得电子发生还原反应，产生 H2 气泡。这样就构成了一个原电池，将化学能转化为电能。灵敏电流计指针发生偏转，证明有电流产生。

负极（Zn 片）（氧化反应）：
Zn - 2e- = Zn2+

正极（Cu 片）（还原反应）：
2H+ + 2e- = H2↑

总反应方程式：
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑

实验步骤

一、单液原电池的组装与观察
  1. 用砂纸将锌片和铜片表面打磨至光亮，除去氧化膜。
  2. 在一只 100 mL 烧杯中加入约 60 mL 稀 H2SO4（1 mol/L）。
  3. 将锌片和铜片平行插入稀 H2SO4 中，观察现象。
  4. 用导线将灵敏电流计分别与锌片和铜片连接，观察电流计指针是否偏转。
  5. 记录电流计指针偏转方向，判断电子流动方向。
二、更换电极组合
  1. 将铜片换为石墨棒（C），Zn-C 电极组合重复上述操作，观察并记录。
  2. 将锌片换为铁片（Fe），Cu-Fe 电极组合重复上述操作，观察并记录。
  3. 将锌片和铜片都换为同种金属（如 Cu-Cu），观察电流计是否偏转。
三、盐桥的使用（双液原电池）
  1. 取两个烧杯，一个中加入 ZnSO4 溶液并将锌片插入其中；另一个中加入 CuSO4 溶液并将铜片插入其中。
  2. 将盐桥（U 形管内含 KCl 饱和溶液和琼脂）的两端分别插入两个烧杯中。
  3. 用导线将灵敏电流计与锌片和铜片连接，观察电流计偏转情况。
  4. 比较单液原电池和双液原电池的异同点。

数据记录

电极组合 （-）/（+） 电解质溶液 电流表偏转方向 电压 / V 正极现象 负极现象
Zn / Cu 稀 H2SO4
Zn / C 稀 H2SO4
Fe / Cu 稀 H2SO4
Cu / Cu 稀 H2SO4

交流与评价

  1. 原电池的组成条件有哪些？什么样的反应能设计成原电池？
  2. 在 Zn-Cu 原电池中，如何判断正极和负极？电子流动方向是怎样的？
  3. 为什么用同种金属（Cu-Cu）作电极时电流计不偏转？
  4. 盐桥在原电池中起什么作用？为什么双液原电池比单液原电池的电流更稳定？
  5. 日常生活中有哪些常见的原电池应用？尝试举例说明。

注意事项

  • 电极表面必须用砂纸打磨干净，除去氧化膜，否则会影响电流产生。
  • 导线与电极片之间要接触良好，可用导线夹固定，确保电路畅通。
  • 灵敏电流计要选择合适的量程，防止电流过大损坏仪表。
  • 盐桥不可混用，每次使用前后应检查 U 形管两端是否有气泡。
  • 双液原电池中，两个半反应的溶液不可混合，否则盐桥失去意义。

安全警示

  • 稀 H2SO4（1 mol/L）具有腐蚀性，避免与皮肤和衣物接触。
  • 锌片切割时注意防止划伤手指。
  • 实验完毕，将废液倒入指定的废液桶中，不可直接倒入水槽。
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