關(guān)于原電池電極選擇對(duì)測(cè)量誤差影響的研究

江文韜

【摘 要】本文探究簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)環(huán)境下原電池電極選擇對(duì)測(cè)量誤差的影響。實(shí)驗(yàn)利用氧化還原反應(yīng)原理制作電池，探究分析將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的原理以及影響理論電壓與實(shí)驗(yàn)電壓差異的主要因素。實(shí)驗(yàn)過程采用理論分析、分場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)、控制變量法等研究方法，區(qū)別水果及蔬菜種類、電極金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱、電極接觸電解液表面積大小、電極間距離等因素研究原電池實(shí)驗(yàn)測(cè)量電壓與理論電壓差異。

【關(guān)鍵詞】原電池；電極；測(cè)量誤差

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1671-8437（2019）16-0127-02

使用家庭常見物品及植物塊莖、果實(shí)研究原電池原理，便于學(xué)生提高動(dòng)手能力，加深對(duì)知識(shí)的理解和感性認(rèn)識(shí)。本文旨在研究學(xué)生家庭簡(jiǎn)易環(huán)境下研究原電池原理中影響測(cè)量誤差的主要因素，從電極材料選擇、接觸面積、電極間距、測(cè)量方式等方面為學(xué)生規(guī)避實(shí)驗(yàn)誤區(qū)，提高實(shí)驗(yàn)精度，快速得出正確結(jié)論提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)構(gòu)想

原電池中金屬的氧化還原反應(yīng)中的氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)分別在負(fù)極和正極上發(fā)生。較活潑的金屬為負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；電子經(jīng)外部導(dǎo)線傳導(dǎo)至正極，電解液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。以鐵絲和銅絲電極組成的原電池為例，實(shí)驗(yàn)中鐵絲的金屬活潑性強(qiáng)于銅絲，作為負(fù)極失去電子置換出水果及塊莖類蔬菜汁液中酸性物質(zhì)的氫離子；而溶液中的氫離子移動(dòng)至銅絲正極得到電子，生成氫氣而析出。

從理論上來說，電壓高低與兩種電極金屬活潑性差異有關(guān)，電流大小和植物汁液中酸性物質(zhì)濃度及電阻大小相關(guān)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及用品準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)儀表：多用電表。

2.2 實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)驗(yàn)①：首先用砂紙清潔金屬絲電極表面至潔凈光亮無(wú)銹跡（每次使用電極前重新清潔，下同），然后用直尺量出距金屬絲末端1厘米處位置，用水彩筆做好標(biāo)記。用比金屬絲稍細(xì)的牙簽分別插入各待測(cè)水果及塊莖類蔬菜，每個(gè)樣品各做出垂直于樣品表面、深度1厘米、間距1厘米的小孔，做為金屬絲電極插入點(diǎn)。

將銅絲和鐵絲末端插入樣品上的小孔至1厘米標(biāo)記處與樣品表面持平，并使用導(dǎo)線將銅絲和鐵絲的另一端分別與電壓表正負(fù)極相聯(lián)，數(shù)值穩(wěn)定不變后記錄測(cè)量電壓值。之后換成銅絲和鋁絲及鐵絲和鋁絲，重復(fù)以上操作，記錄所得電壓值。

實(shí)驗(yàn)②：調(diào)整電極插入深度、間距分別為2厘米和1厘米，重復(fù)以上步驟。

實(shí)驗(yàn)③：調(diào)整電極插入深度、間距分別為3厘米和1厘米，重復(fù)以上步驟。

實(shí)驗(yàn)④：調(diào)整電極插入深度、間距分別為2厘米和3厘米，重復(fù)以上步驟。

實(shí)驗(yàn)⑤：調(diào)整電極插入深度、間距分別為2厘米和6厘米，重復(fù)以上步驟。

2.3 電極與電解液接觸面積影響

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：在電極材料、原電池介質(zhì)、正負(fù)電極間距保持不變時(shí)，原電池發(fā)電效率與電極插入深度（正負(fù)電極與電解液接觸面積）成正比。

2.4 測(cè)量方式對(duì)比分析

由于實(shí)驗(yàn)選取了易于找到的銅絲、鐵絲等材料和精度較低的家用電壓表和電流表等器材，測(cè)量出電流較小（實(shí)驗(yàn)中僅0.06毫安左右），測(cè)量誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論有較大影響。而使用電壓表功能測(cè)量時(shí)，由于測(cè)量值相對(duì)較大（約0.5～1.3伏之間），對(duì)測(cè)量誤差容忍度較高，可確保簡(jiǎn)易條件下實(shí)驗(yàn)

效果。

2.5 測(cè)量誤差分析

由于實(shí)驗(yàn)選取了易于找到的銅絲、鐵絲等材料和精度較低的家用電壓表和電流表等器材，電極與樣品汁液接觸面積較小，產(chǎn)生的電流較小，制作的原電池內(nèi)電阻較大，使用電流表或多用電表毫安檔電流表功能，測(cè)量出電流較?。▽?shí)驗(yàn)中僅0.06毫安左右），測(cè)量誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論有較大影響。而使用電壓表功能測(cè)量時(shí)，由于測(cè)量值相對(duì)較大（約0.5～1.3伏之間），對(duì)測(cè)量誤差容忍度較高，可確保簡(jiǎn)易條件下實(shí)驗(yàn)效果[1-2]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)研究的以下四個(gè)因素均能影響原電池的發(fā)電效率。（1）電解液濃度影響：在檸檬、橙子、蘋果幾種樣品中，用檸檬做電池的發(fā)電效果最好，其次橙子，然后是蘋果，最后是柑橘（將以上樣品汁液滴在PH試紙檢驗(yàn)，PH值依次遞增）。（2）金屬活潑性強(qiáng)弱影響：當(dāng)正電極不變時(shí)，負(fù)電極的金屬越活潑，原電池發(fā)電效率越高。當(dāng)負(fù)電極不變時(shí)，正電極金屬越不活潑，原電池發(fā)電效率越高。（3）電極與電解液接觸面積影響：電極插入樣品越深，電極與電解液接觸的表面積越大，當(dāng)電極材料與電解液體不變是時(shí)，電極插入得越深，原電池發(fā)電效率越高。（4）電極之間的距離的影響：電極間的距離越小，原電池發(fā)電效率越高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃清輝，張賢金，吳新建.基于實(shí)驗(yàn)探究促進(jìn)學(xué)生化學(xué)深度學(xué)習(xí)——以魯科版“原電池的工作原理”為例[J].化學(xué)教與學(xué)， 2016（6）.

[2]張會(huì)娟.以“原電池”概念教學(xué)為例談概念的深度學(xué)習(xí)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（22）.