原电池改进
物理化学实验项目改进创新 以“原电池电动势的测定及在热力学上的应用”为例
在热力学上的应用”为例
目录
01 一、背景与意义
03 三、实验原理
02 二、实验目的与意义 04 四、实验材料与方法
目录
05 五、实验结果
07 参考内容
06 六、实验分析
内容摘要
随着科学技术的发展，物理化学实验在许多领域都具有广泛的应用。原电池 电动势是其中一个重要的物理化学参数，它反映了电池将化学能转化为电能的能 力。本次演示以“原电池电动势的测定及在热力学上的应用”为例，探讨实验项 目的改进与创新。
2、实验方法
（4）数据处理：根据实验数据，计算原电池电动势。可以绘制温度与电动势 之间的关系图，或者浓度与电动势之间的关系图等。
五、实验结果
五、实验结果
通过实验，我们获取了在不同温度和不同电解液浓度下的原电池电动势数据。 以下是部分实验数据的表格和图表：
五、实验结果
表格：不同温度下原电池电动势数据 图表：温度与电动势之间的关系图通过图表的方式展示了温度与电动势之间 的关系，可以观察到随着温度的升高，电动势呈现出一定的变化趋势。根据这些 数据，我们可以分析热力学性质对能量转化效率的影响。
谢谢观看
三、实验原理
在热力学中，原电池电动势与反应物的活度、反应温度等因素有关。通过测 定不同条件下的原电池电动势，可以研究热力学性质与能量转化效率之间的关系， 为优化能源利用提供理论支撑。
四、实验材料与方法
1、实验材料
1、实验材料
本实验所需材料包括：原电池、电解液、电极、导线、伏特表、恒温水浴、 计时器等。其中，原电池可采用酸性锌锰电池或碱性锌锰电池；电解液可根据实 验需求选择不同种类的溶液；电极选用碳棒或石墨电极；伏特表用于测量电极电 势差；恒温水浴用于控制反应温度；计时器用于记录实验时间。
4.1原电池《盐桥原电池及改进创新》教学设计2023-2024学年高二上学期化学人教版(2019)
《盐桥原电池的工作原理及改进创新》教学设计一、教学目标【知识与技能】⑴了解原电池的构造和基本工作原理；⑵能够正确书写电极反应式和电池总反应方程式；⑶了解盐桥的作用，会判断和设计简单的原电池。
【过程与方法】⑷通过实验探究活动，使学生体验化学能与电能转化的探究过程，并了解原电池的构造和工作原理；⑸通过单液原电池和u型管盐桥原电池的分析对比，学生间相互讨论交流以及教师引导，使学生具备发现问题，分析问题并解决问题的能力。
【情感态度与价值观】⑴通过分组实验与讨论，体验小组合作学习的乐趣，培养团结协作的精神；⑵通过实验探究活动，增强学生探索化学反应原理的兴趣，掌握学习和研究化学问题的方法。
二、教材分析本节内容以（必修2）第六章第一节“化学反应与能量变化”第一课时《化学反应与电能》为基础，进一步介绍原电池的组成和工作原理，通过对原电池中闭合电路形成过程的分析，引出半电池、盐桥等概念。
同时原电池的原理又为后面金属的腐蚀和防护，常见电池的原理及电解原理等重要电化学知识的学习奠定了基础。
新课程标准对原电池知识有新的要求，通过教学体验化学能与电能转化的探究过程，了解原电池的工作原理，能判断电极名称，根据题意写出电极反应式和电池总反应式。
三、学情分析知识角度，高二学生在必修1、必修2和选择性必修1中已经学习过氧化还原反应、原电池的相关知识，同时物理学中电学知识也相当丰富，学习本节内容并不陌生，难度不大。
认知角度，高二学生形象思维能力已充分发展，抽象思维能力也在迅速发展中，同时具有强烈的好奇心和求知欲，对实验探究的热情高，但抽象思维能力和探究能力还不够成熟，需要老师适时的组织和引导。
四、教学重点和难点【教学重点】进一步了解原电池的工作原理，了解u型管盐桥原电池的缺点并改进创新。
【教学难点】盐桥原电池的工作原理，u型管盐桥原电池缺点并改进创新。
五、教学策略【教学方法】以“小组实验探究式教学法”为主，贯穿“小组合作讨论法”，引导学生发现问题、分析问题、解决问题；运用学案和多媒体辅助教学。
中学化学原电池实验的创新设计
中学化学原电池实验的创新设计作者：***来源：《中学教学参考·理科版》2022年第05期[摘要]文章借助数字化传感器对高中化学必修1的原电池实验进行了创新性的改进，探究了将水果电池、锌铜苹果醋电池和镁空气电池三种电池运用于多种用电器（包括LED二极管、电子手表、风扇、玩具小车、手机等）中的情况，取得了很好的实验效果。
[關键词]原电池;用电器;实验改进;创新设计[中图分类号] G633.8 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2022）14-0076-03一、问题的提出在中学化学课程中，原电池实验具有十分重要的地位和作用，对于学生学习原电池的历史、掌握原电池原理、感受化学能转化为电能的过程有较大的帮助。
受篇幅的限制，化学教材内容的编排略为简洁，教材中仅仅用铜锌原电池（锌片和铜片连接电流表浸泡在稀硫酸溶液中）来证明“化学能可转化为电能”。
但这种简易的铜锌原电池连接用电器（小灯泡等）时难以得到明显的实验现象，在实际教学中，学生普遍感到证据不足，说服力不强，无法直观地感受化学能到电能的转化过程。
文献调研发现，水果电池、盐水伏打电池等演示实验一直存在电压小、电流不稳定、现象不明显等问题，导致相关的实验不易成功。
因此，创新设计中学化学课堂的原电池实验很有必要，也很有意义。
二、原电池实验的创新设计利用实验室和生活中常见的材料，笔者设计了三种可用于中学化学教学演示的原电池实验，即水果电池实验、铜锌苹果醋电池实验以及镁空气电池实验，并使用便携的数字化传感器，对比探究了不同原电池实验的优缺点并逐步加以改进，最终设计出的简易电池装置能够使生活中多种常见的用电器工作（包括LED二极管、电子手表、风扇、玩具小车、手机等），达到了很好的实验演示效果。
（一）传统的水果电池实验选用苹果、香蕉、橙子、柠檬等水果以及土豆，将它们均匀切成四份，每份相当于一个电池组;铜片和锌片作为极片，并在铜片和锌片上标注好分度值，以便做深度标记。
电化学-原电池
电化学—原电池一、原电池的工作原理1、电流是如何产生的？先考虑Zn片。
在如是体系中，Zn有失去电子的趋势，失去电子之后自身变成Zn2+进入到溶液中。
失去的电子可能会经过导线来到Cu片，那么就需要有物质（微粒）在Cu片上得到这些电子，否则Cu片上电子累积而其所带负电荷不被中和，是不可能的。
考量Cu片这边，Cu本身属于金属单质，金属单质不存在负价，所以不可能是Cu片本身得到电子，那么只有与Cu片接触的溶液中寻找可以得到电子的微粒。
由于溶液中存在CuSO4，故Cu2+可以于Cu片表面得到电子，成为Cu单质，在Cu表面析出（因为必须接触到Cu片才能够从Cu片得到电子）。
由此电子在导线中流动，也就产生了电流。
而这个过程中发生的物质变化则是Zn→Zn2+，Cu2+→Cu。
这样的装置能够对外输出电能，被称为原电池。
所以原电池是能够将化学能转化为电能的装置。
2、几个基本定义由于这个装置能够产生电流，向外输出电能，所以可以和物理中的相关定义联系起来。
在物理学中，向外输出电能的装置是电源。
在一个完整的电路中，电流的方向是‹从电源的正极流向负极›，电流的方向被规定为正电荷定向移动的方向，而事实上，在电路中移动的是电子，所以电子的流向就应该是正电荷移动方向的反方向，也就是电流方向的反方向。
电流是正极流出，负极流入，那么电子就是负极流出，正极流入。
所以对于原电池，将流出电子（即失去电子，这个说法将更常用）的一极称为负极，将流入电子（即得到电子）的一极称为正极。
电极名称负极正极电极材料Zn片Cu片电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn片沿导线流向Cu片电流方向由Cu片沿导线流向Zn片在氧化还原的原理中，失去电子化合价上升，是被氧化；得到电子化合价下降，是被还原。
结合这个特点，可以丰富对原电池正负极的认识。
负极：失去电子，化合价上升，发生氧化反应正极：得到电子，化合价下降，发生还原反应这是最重要的判断依据。
原电池实验改进
宿迁市1号实验
一、问题的提出
苏教版化学2上给出的铜锌原电池装置作为一 个演示实验却存在一些不足： 1．该装置需要稀硫酸较多，不符合绿色化学 思想。 2．用该装置实验往往铜片和锌片同时有气泡 产生，甚至锌片产生的气泡比铜片还多。演示 实验本来是为理论知识的学习服务，在学生还 没有掌握原电池原理的情况下，显然不符合学 生的认知规律。
实验现象更加明显。
谢谢！Βιβλιοθήκη 二、实验改进1．用U型管代替教材上的装置节约硫酸用量。
2．铜丝代替铜片现象更明显。
3．在锌片表面涂凡士林消除锌极上的气泡。
4．用鳄鱼夹直接连接铜丝和锌片可减小电阻。
教 材 装 置
改 进 后 装 置
三、装置优点
1.装置简单，药品用量少、铜丝上产生气泡现
象明显。 2.装置小巧，可做分组实验，产生的臭味几乎 没有。 3.用鳄鱼夹直接连接铜丝和锌片，减小电阻使
巧用U形管改进原电池实验二则
巧用U形管改进原电池实验二则一、铜锌原电池教材上给出的装置是用烧杯盛装稀硫酸来做实验的，也可以用购买的原电池实验器来做铜锌原电池实验，但都是将铜片和锌片插入同一个反应空间，铜片和锌片相隔不远，锌片和酸反应产生大量的气泡充满其中，影响了对铜片上是否有气泡产生的观察。
若把反应容器换成较大的，使铜片和锌片距离相隔较远，观察铜片上产生气泡的效果较好些，可是又要消耗更多的稀硫酸。
由于原实验方法存在上述缺点，笔者做了如下改进。
改进后装置，如图1(固定仪器略)。
实验时，向小U形管中加入约1mol/L的稀硫酸溶液至2/3高度左右，一边插入铜片，一边插入锌片(铜片和锌片都不要插到U形管底部，以免影响对铜片上产生气泡的观察，可切小块橡胶塞将其固定在U形管的中上部)，导线不连接时，锌片上产生气泡，铜片上无气泡。
将铜片与锌片分别连接上导线后，铜片上产生气泡。
若在两电极之间连接灵敏电流计，指针偏转，说明电路中有电流通过。
图1装置优点:(1)装置简单，药品用量少、铜片上产生气泡现象明显。
(2)装置小巧，作演示实验时，教师可拿着它走下讲台，让更多学生观察铜片上产生的气泡。
(3)将三个这样的铜锌原电池串联，可使发光二极管连续发出亮光。
若光线变暗，轻轻振动装置，又恢复亮光。
二、氢氧燃料电池人教旧版《化学》第二册(必修加选修)和人教新版《化学》(必修2)中有关燃料电池的内容中都没有安排“燃料电池”实验教学，学生对燃料电池只有抽象的理解，没有直观感受，不利于学生对燃料电池的认识，因此在教学中应补充“氢氧燃料电池”实验教学。
图2将图1装置中的铜片锌片均换成碳棒，用布将碳棒裹一周，再用胶筋固定其下端，即得氢氧燃料电池装置。
实验时，将两个相同装置连接(如图2)，向U形管内加入氢氧化钠溶液，将两端导线分别与学生电源6V0.3A档正负极连接，通电半分钟后，撤出电源，再把两端导线与发光二极管相连(注意区分正负极)，可以看到发光二极管发光数秒钟。
《原电池》教案素材
《原电池》教案素材一、教学目标：1. 让学生了解原电池的定义、组成和特点。
2. 使学生掌握原电池的工作原理和能量转换过程。
3. 培养学生运用原电池知识解决实际问题的能力。
二、教学内容：1. 原电池的定义和组成2. 原电池的工作原理3. 原电池的能量转换过程4. 原电池的应用实例5. 原电池的优缺点三、教学重点与难点：1. 教学重点：原电池的定义、组成、工作原理、能量转换过程及应用实例。
2. 教学难点：原电池工作原理的微观解释及能量转换过程的计算。
四、教学方法：1. 采用问题导入法，激发学生的学习兴趣。
2. 使用多媒体课件，直观展示原电池的工作原理和应用实例。
3. 组织小组讨论，培养学生合作学习的能力。
4. 进行课堂演示实验，增强学生对原电池的认识。
五、教学步骤：1. 引入新课：通过提问“什么是原电池？”引发学生思考，进而导入本节课的内容。
2. 讲解原电池的定义和组成：介绍原电池的定义、组成及各部分的作用。
3. 讲解原电池的工作原理：解释原电池工作原理，并通过多媒体课件展示。
4. 讲解原电池的能量转换过程：阐述原电池能量转换的过程，并进行计算示例。
5. 介绍原电池的应用实例：列举生活中常见的原电池应用实例，如手机电池、电动车电池等。
6. 分析原电池的优缺点：讨论原电池的优点和缺点，并提出改进措施。
7. 课堂小结：总结本节课的主要内容，巩固学生对原电池的认识。
8. 布置作业：设计有关原电池的练习题，巩固所学知识。
9. 课堂演示实验：进行原电池实验，让学生亲身体验原电池的工作原理。
10. 课后反思：鼓励学生反思本节课的学习过程，总结收获和不足。
六、教学评估：1. 课堂提问：通过提问了解学生对原电池定义、组成、工作原理、能量转换过程的掌握情况。
2. 作业批改：检查学生作业，评估对原电池知识的理解和应用能力。
3. 课堂演示实验：观察学生在实验过程中的操作和思考，评估其动手能力和问题解决能力。
七、教学拓展：1. 介绍原电池在其他领域的应用，如燃料电池、太阳能电池等。
双液原电池盐桥的实验改进
双液原电池盐桥的实验改进作者：杜爱萍芦琴燕来源：《化学教与学》2019年第11期摘要：基于实验教学操作简便、直观明了的原则，作者对苏教版《化学反应原理》电化学专题中双液原电池的U型管盐桥进行了改进，分别得到了纸条状盐桥（包括滤纸条、棉布条以及湿纸巾）和琼脂块盐桥两种改进方案。
对于前者，作者对纸条状盐桥的不同材质进行了导电性能对比;对于后者则进一步研究了琼脂块盐桥中KCl的浓度及琼脂块的厚度两个因素对双原液电池性能的影响，并从中得出了琼脂块盐桥制备的最优方案。
关键词：盐桥改进;电化学文章编号：1008-0546（2019）11-0080-03中图分类号：G633.8文献标识码：Bdoi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.11.022一、问题提出苏教版《化学反应原理》教材在第二单元“化学能与电能的转化”讲述原电池的工作原理时引入了盐桥的概念。
由于单液锌铜原电池电流不稳定，故采用U型管盐桥构成双液原电池。
盐桥的引入，意在获得平稳、持续而显著的电流。
然而，在实际教学中则出现了以下两个问题：一是盐桥都是教师事先制备好的，学生对于U型管内的物质没有概念，不利于学生对盐桥真实结构及其工作原理的理解。
二是在实际使用U型管盐桥时，发现其构成的双液原电池电流7.6mA，非常小，远小于相同条件下单液原电池的电流（360mA），这一实际情况与教材引入盐桥的出发点不尽相同，容易对教学造成一定的困扰。
笔者针对在实际教学中的上述两个问题，对U型管盐桥进行了改进。
二、实验方案改进为了实验的可对比性和数据的准确性，双液锌铜原电池的构成笔者均采用实验室普通且状况相同的锌片和铜片，锌片为负极，铜片为正极，负极池电解质溶液为1.Omol.L-1的ZnS04溶液，正极池为1.Omol·L-1的CuSO4溶液。
原电池的电流均采用软件朗威8.0进行测定。
针对前述的问题一，笔者首先设计了滤纸条盐桥[1][2]：将滤纸折成约3.5cm×12cm x0.2cm 的条状，室温条件下在饱和KCl溶液中浸泡一分钟，取出后代替U型管盐桥搭在正负极电解质池之间，两电极铜片、锌片与滤纸紧密接触，两电极之间距离为2cm，构成双液原电池（装置如图1（上）所示）。
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对锌铜硫酸原电池实验的探究
[摘要] 首先按课本上的操作步骤向学生演示高中化学课本必修2，第40页２-4实验，然后对该实验的成败进行了深入的分析，并把该实验分成了七步来探究，同时对实验效果、优缺点作出一定的评价，最后进行了总结。
[关键词]原电池实验探究
我向学生演示高中化学课本必修2，第40页２-4实验，如图所示，观察到的实验现象是:铜片上产生很少气泡,
甚至没有气泡产生，锌片不断溶解并产生大量
气泡，电流表指针发生偏转。
虽然有电流产生，
形成了原电池，但铜片上的气泡太少，而锌片
上的气泡太多。
我向学生分析原电池的工作原理时，由于实验现象达不到理想的效果，缺乏实验说服力，我讲得牵强，学生听得模糊，影响了学生理解原电池原理，教学效果多多少少受到了影响，显然就不是一节满意的课。
我带着疑问对该实验进行了深入的研究，同时做了一些实验尝试，下面就是我对该实验的探究过程。
一、先后分别把铜片和锌片插入盛有稀硫酸的烧杯中，铜片上无任何实验现象，锌片不断溶解并产生大量气泡，电流表指针都没有偏转，说明没有形成原电池，没有电流产生。
二、将锌片和铜片用导线连接，导线中间接入一个电流表，平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，铜片上产生很少气泡,甚至没有气泡产生，锌片不断溶解并产生大量气泡，电流表指针发生偏转，形成了原电池，产生了电流，但铜片上
的现象不明显。
三、用导线将锌片和铜片直接连接，不用电流表，平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，铜片上产生较多气泡。
因为没有使用电流表，电阻变小，铜片上产生气泡较明显，但学生观察时很有可能受到锌片上大量气泡的干扰。
四、用导线将锌片和粗铜丝直接连接，也不用电流表，插入盛有稀硫酸的U型管中，如图所示，铜丝上产生
大量气泡。
使用U型管来做实验的优点是有利于学生
观察铜上的气泡，不受锌上气泡的干扰，再说粗铜丝
上产生的气泡比铜片上的气泡集中一些，也有利于学
生观察气泡的产生。
五、适当降低锌铜硫酸原电池中硫酸的浓度，采用5％-10％的稀硫酸作电解质溶液，用纯度高、表面光滑的锌片作负极，发现锌片上的气泡减少了，这说明了锌片上气泡的多少跟硫酸的浓度、锌片的纯度以及其表面光滑的程度有关系，锌片越纯、越光滑、硫酸适当稀，锌片上的气泡相对就越少，铜片上的气泡就越多。
六、用硫酸清洗锌片表面，再把锌片浸入硝酸汞稀溶液中，使之汞齐化，（时间不要过长），然后将汞齐化的锌片作为原电池的负极，则会观察到在负极锌片上产生的气泡很少，因为氢在汞上的超电势较大，不会释放出氢气。
七、在两个烧杯中分别放锌片和锌盐溶液、铜片和稀硫酸，将两
个烧杯中的溶液用一个装满饱和电解质溶液
的盐桥连接起来，如充满饱和KCl溶液的琼脂，
再用导线将锌片和铜片联接，并在导线中串联
一个电流表（或发光二极管），如右图所示，
电流表指针发生偏转（二极管发光），锌片上没有气泡产生，锌片不断溶解，铜片上产生大量气泡。
该双液原电池的优点是能够形成持续的、稳定的电流，操作简单，只要把盐桥取下，就没有电流产生，也能避免锌片跟H+接触，化学能转化为电能的效率比前面几步设计的原电池高。
我们都知道化学电池的反应本质是氧化还原反应，当氧化剂H2 SO4和还原剂Zn直接接触进行反应时，化学能转化为热能。
要想把化学能转化为电能，就必须把氧化剂和还原剂分开，避免氧化剂H2 SO4和还原剂Zn直接接触，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行，化学能转化为电能的效率就越高，同时需要在氧化剂和还原剂之间架设导线桥梁使电子从还原剂区域流向氧化剂区域，若锌作负极，正极材料应该是不活泼的金属或石墨，正极材料越不活泼，两极间的电势差就越大，就越容易形成稳定的电流。