优化实验装置助力化学教学——以“原电池”教学为例

优化实验装置助力化学教学——以“原电池”教学为例
作者：沈玉红
来源：《江苏教育·中学教学》 2019年第10期
沈玉红
【摘要】化学是基于实验的科学，高中化学实验教学中往往因为设备的原因，不能展示出良好的教学效果。

为此，通过优化实验设置，增强高中化学实验的可视化与操作效率，提升实
验教学的有效性。

【关键词】原电池；实验优化；高中化学
【中图分类号】G６33.8 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2019）75-0060-02 【作者简介】沈玉红，江苏省昆山震川高级中学（江苏昆山，215300）教师，高级教师。

“原电池”是高中化学教学中连接必修与选修的一个重要知识点，也是化学学科中能量转
化的重要体现，对学生理解化学能量转化观点，以及学生化学核心素养的提升有着重要的作用。

然而，在现行的实际课堂教学中，由于装置较大、用量较多、现象不易观察等各方面原因，很
多教师都停留在理论讲解原电池产生的原理与条件上，而将原本生动有趣的实验操作课堂，变
成了枯燥乏味的理论记忆课堂，剥夺了学生观察、感受与亲身体验知识的机会，阻碍了学生核
心素养的提升。

为能方便有效地将原电池的实验带入课堂教学，我们可从以下两个方面进行原
电池实验的改进。

一、原电池实验的微型化改进
1.药品用量的微型化。

大部分教师在课堂中展示的原电池实验装置如图1所示，所使用的容器是烧杯或者电解槽，将锌电极、铜电极及电流表用导线相连后，放入稀硫酸中，然后观测装置内的现象与电流表的
指针偏转。

这样的装置既浪费原料又不环保，且现象不明显，原因在于：首先两个电极需要的
表面积比较大，其中锌电极由于杂质等各方面原因，一旦使用一次后，表面会变黑而无法循环
使用；在反应过程中，锌电极还容易释放出刺激性气味的气体，污染环境；由于装置的容积较大，需要的硫酸的量也相对较多，而原电池使用后的硫酸很难再重复利用，造成硫酸溶液的浪
费与废液处理的压力。

如果安排的是学生实验，要处理这些废弃的电极与废液，更将是个不小
的工程。

为此笔者设计一个简单易行、效果明显又节约试剂用量的原电池实验方式。

如图2所示，
选择使用点滴板代替电解槽，用锌棒与铜棒代替锌片与铜片，实现原电池的微型化；使用点滴
板中的小孔，每个孔只需要一毫升试剂就足够产生电流，大大节约了试剂的用量。

此外，由于
未隔着塑料或者玻璃等容器观察，锌棒由于表面积小，产生的气泡也没有那么多，因而可以清
楚看到铜棒表面的气泡，现象也十分明显。

同时由于点滴板有6个孔，还可以完成几个电池串
联的实验操作。

2.盐桥装置的微型化。

在必修1中，使用了简易的单液原电池装置，如图1所示，将锌、铜两电极同时插入稀硫
酸中，虽然可以看到电流表指针偏转，但由于锌片上会优先产生大量气泡，严重影响了铜片上
气泡的观察，有时候甚至看不到铜片上的气泡；仔细观察电流表，发现电流表指针很不稳定，
因而引出了选修教材中带盐桥的双液原电池装置。

但与此同时，装置变得更庞大，同时由于盐
桥的不易保存，因而课堂上学生更加不容易有机会直接观察与体验。

为此，笔者选择使用浸有饱和食盐水的滤纸来代替盐桥，使用点滴板中相邻的两个孔来作
为双液原电池两电极溶液盛放的容器，溶液选用蓝色的硫酸铜，便于学生分辨观察。

这样的改进，不但简化了盐桥装置，而且现象更加明显。

二、原电池实验的可视化改进
1.串联电路电压的可视化。

为了展示原电池装置中确实可以产生电流，苏教版教材使用了灵敏电流表来检测。

这样的
装置在实际操作时会发现，若电流表使用的量程太大，电流表指针偏转幅度很小，几乎看不到；若选择的量程较小，指针又容易满偏，从而损坏电流表。

为此，笔者在尝试了很多次后，发现
选择电压表来测电压可以有效地解决这个问题。

我们知道，电阻不变时，电流与电压是成正比的，电压的产生与大小可以表示出此装置中电流的产生与大小，因此测电压既可以有效地说明
原电池的发生，又可以有效地保护电表的安全。

同时用测电压法还可以定量地表示几个串联原
电池之间的电压关系。

2.离子移动方向的可视化。

用浸有饱和食盐水的滤纸代替盐桥，还有一大优势，即可以直观地观察到离子的定向移动。

在点滴板加浸有饱和食盐水的滤纸的基础上，在滤纸中间滴入一滴酸性高锰酸钾溶液，十秒左右，即可发现滤纸上的紫红色明显向锌电极移动。

这样直观的颜色移动，可以明显表示出原电
池中阴阳离子的移动方向，比单纯的说教更有说服力。

这样的简易盐桥双液装置，还适用于电解池的使用。

比如电解硫酸铜溶液，可以在两个相
邻的小孔中分别滴入同浓度的硫酸铜溶液，同时在滤纸上滴加同样的少量硫酸铜溶液，用石墨
做电极，连接电源。

大约20秒左右，可以看到蓝色的铜离子向阴极区移动，生动形象地展示出在电解池中阳离子的移动方向，这为后续电解池的深入学习提供了直观的体验过程。

化学是一门以实验为重要学习方式的自然学科，如果教师可以不断地对各种实验进行改进
与创新，将原本大型的、不方便的实验微型化，将原本不明显的实验可视化，甚至引导学生利
用生活中常见的一些物质与设备，将实验生活化、趣味化，这必将大大提升化学学科的教学效能，提升学生的化学核心素养。