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原电池与干电池的区别

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  原电池与干电池的区别 学 学 校:河南省临颍一高 博 科:高中化学 教师姓名:贾 原电池与干电池的区别 河南省漯河市临颍一高 贾博 【摘要】高中化学比初中化学难度更大,知识可能与生活常识几无接触,这就需要如何把所 学知识尽可能的与生活常识联系起来, 或能使学生所学知识能够转化生活应用, 才能激起学 生的学习热情。 【关键词】原电池 干电池 一、问题 在《原电池》的教学中,常规例析提及:干电池是原电池的应用。但是课后,学生又问道: 既然干电池是原电池的应用,为什么干电池能使小电灯泡发光,而原电池则不能?干电池和原 电池有没有其他的差别?为解答学生的困惑,我和学生一道分析,并用实验探索方法进行一次 干电池与原电池的教学课外实验活动, 从实验中分析原电池不能直接应用与生活中的关键因 素。①分别取 175 mL 氯化铵饱和溶液于两个烧杯中,插入 Zn-Cu、Zn-石墨棒组成的正负电 极,外电路接上小氖管(如图 1、2);②小氖管连接干电池。 图 1 实验装置 图 2 实验装置 图 3 实验装置 二、分析 实验观察到,在原电池的正极周围都产生了相同的现象:大量气泡。气泡的生成逐渐阻碍 了正极与电解质溶液的接触 ,使电子不能顺畅的流动,导线中就没有电子定向流动 ,小氖管不 能发光,这种现象称为“极化”,即产生了“内电阻” 。而干电池能使小氖管发亮,说明电子能 顺畅的流动,导线中有电子定向流动,这样就把化学能转变为电能了,那么干电池肯定有能够 消除产生气泡的物质,才能够使氖管持续不断的发光。那么干电池能消气泡的物质有哪些, 理论依据是什么,咱们以 1 号干电池为例:在干电池生产中,于正极(石墨棒)周围填充了把气 泡消除掉的物质。依盐类水解原理 ,氯化铵溶液显弱酸性 ,从而可以推断 :正极周围的气泡是 H2。所发生的正极反应为:2NH4++2e=2NH3+H2↑;干电池里消除 H2 的物质应是氧化性物质, 用反应式表示为:H2+氧化剂=还原产物+H2O。换言之,采用的氧化剂在常温下应有较强的氧 化性,才能把 H2 氧化。那么,在生产中如何选用价廉、制取方便,又符合科学原理的除去氢气 的氧化剂呢?下面从不同角度对这一问题进行实验探索。 三、实验 为拓宽学生的思维空间,展现科学的研究思路,采用不同角度、不同途径的研究方法。 指导学生用实验方法寻找最佳的去氢气的途径或试剂。实施过程是(1~3 项的实验观察记录 在表 1、表 2 中): 1.从改变正、负极的距离和增大正、负极面积探讨消除“内电阻”的效果。 ①如图 4 所示,外电路接上小氖管,把插入在饱和氯化铵溶液中的正、负极距离分别从 6 cm 逐渐缩短至 2cm。 ②如图 5 所示,铜片和锌片增加为各 2 片,用导线连接并固定于饱和氯化铵溶液中,外电路接 上小氖管。 图 4 实验装置 图 5 实验装置 2.用活性炭做消除“内电阻”试剂的实验 如图 6 所示,称量 7 g 活性炭装入小布袋中,中央插上石墨棒,用纱线cm 的 药柱,用导线连上发光管和锌片,插入饱和氯化铵溶液中。 图 6 实验装置 图 7 实验装置 3.用金属氧化物做消除“内电阻”试剂的实验 把上面实验的活性炭分别换成氧化铁 14g 和二氧化锰 12 g 再同上作实验。 实验操作和实验效果列于下列表 1 和表 2 中。 表一、 实验操作、效果与评价 表 2 除氢剂的效果与评价 4.用二氧化锰和活性炭的混合物做消除“内电阻”试剂的实验 如上操作,小布袋中装的是 6 g 二氧化锰和 315 g 活性炭的混合物,实验装置如图 7。 实验现象:发光管保持发亮约 15 min。可见,用二氧化锰和活性炭的混合物作为除去氢 气试剂效果最好、 也最合算。 这里既有其科学原理:2MnO2+H2=Mn2O3+H2O,又符合经济效益。 这一点上我们从制作干电池的原材料上也能体现。 生产中,制作干电池的材料是:锌、石墨棒(带铜帽),NH4Cl,ZnCl2,MnO2,活性炭,淀粉糊。 干电池总反应式是:2Zn+4NH4Cl+2MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O 四、结论 从实验活动可知:如何消除正极中产生的氢气泡,我们可以从原电池材料上来优先考虑, 如增大(缩短)正负极的接触面积(距离),使氢气消失,实验证明是不恰当的思路;当采用吸附剂 时,有一定效果,但效果没有持续性;用金属氧化物的高价态化合物作氢气的氧化剂时 ,有的氧 化物不适应,如 Fe2O3,有的氧化物适应,如 MnO2;当把具有吸附作用的活性炭和有氧化作用 的二氧化锰混合做消除氢气的试剂时,效果最佳。客观上,科学的研究过程就是上述实验所展 现的过程,对于一个有应用意义的产品的诞生,都是从科学原理到生产应用的最优化的选择过 程,这就是科学的研究方法。 五、意义和思考 实验对从原电池到干电池生产中如何可消除“内电阻”试剂选定只做定性探讨。通过 实验活动,把学生掌握的理论知识引导到生产应用中去,从而解答了学生在课堂学习上的疑问, 是对教材知识内容的延伸和挖掘,学生学得生动活泼,学以致用,学有新鲜感,获得实验成功的 喜悦并得到极大的鼓励,从情感上更快、更好地融入到化学学习的情景中。实验活动的模式 是:问题质疑--问题展现--分析释疑---实验探索----理论认识。 这是教师依据教学目标预先设计 好的一系列探索步骤,引导和激发有探索心态的学生通过实验展现问题 ,动手实验,分析释疑, 实现以“疑”导“思”,以“思”求“知”的活动过程。它充分调动学生的感官和思维,从感 知现象开始,由表及里,由浅入深地获得更高层次的理论知识,把知识与实际工业生产联系起 来,促进学生在实验中获得成就感,更能促进学生学习的热情。符合认识---实践----再认识 的辩证唯物主义认识观。同时充分贯彻了“把教学活动与社会生产生活实践联系,是理论学 习的实践性”的教学原则。实验活动再现了科学的研究过程,对提高学生的学习兴趣、培养 学生思维的探索性和严谨性有着非常重要作用。

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