原电池演示实验装置改进

【提出问题】
在人教版《普通高中课程标准实验教科书·化学2》“化学能与电能”中学习了原电池的原理，我们认识了电池的实质，同学们能否自己动手，运用生活中的材料制作简易电池，如何制作呢？又如何检验原电池是否正常工作？如果根据实践活动“利用水果如苹果、柠檬或番茄等制作原电池”。

那么, 如何才能做成一个效果较好的水果电池呢? 影响水果电池的电流的因素究竟有哪些呢?
【探究目的】
1. 巩固原电池的原理及形成形成;
2. 认识影响水果电池产生电流大小的因素;
3. 形成多角度思考问题的习惯;
4. 加强化学与生活的联系。

【实验设计方案】
1. 实验思路
水果中含有大量糖类、蛋白质、生物酸等物质, 其中的生物酸起到电解质的作用。

许多水果(如番茄)的汁液显酸性,若在这些水果里平行地插入铜片和锌片即可形成原电池。

理科教材中的探究活动通常将两个半熟的番茄相连,再用铜片和锌片作电极,构成原电池,同时使用检流计来检验原电池，该实验在理论上是可行的,但实际操作过程中往往收不到理想的效果。

原因在于通过此种方式形成的电路中,电压太小,电阻却较大,即便是灵敏电流计在很多时候也很难测出如此微小的电流。

故而本实验利用音乐贺卡和发光二级管来检验原电池是否正常工作，同时探究水果电池所产生的电流大小与电压与水果电池个数，电极材料及电极之间的关系。

2．实验原理
运用生活中常见的水果作为电解质，用两种极性不同的金属，铜片和锌片做为电极，锌片做负极，铜做正极，运用检流表，电压表，发光二级管以及音乐贺卡来检验原电池是否正常工作，以及电流、电压大小。

原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原
电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。

水果电池是利用两种金属片的电化学活性是不一样的，其中更=较活泼的金属片能置换出水果中的酸性物质的氢离子，这样，从理论上来说电流大小直接和果酸浓度相关，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

本实验所设计原电池正负极反应如下：铜锌原电池电池反应方程式：Zn+2H+=Zn2++H2
负极(Zn)：Zn-2e-＝Zn2+
正极(Cu）：2H+＋2e-＝H2
锌电极失去电子，从导线经过电流表到达铜表面，电流表指针发生偏转，电流方向与电子转移的方向相反。

锌失电子成为Zn2+进入溶液，溶液中阴离子移向负极，即Zn极。

阳离子移向正极Cu。

实验装置简图
3．实验用品
仪器：导线、万用表、电压表、灵敏电流计、发光二级管、音乐贺卡
药品：番茄、金属电极（铜片、锌片）
4.实验步骤
（1）音乐贺卡处理：购买音乐贺卡一张，拆除音乐贺卡的纽扣电池，在原来纽扣电池的正负极短焊接出两个带有铁夹的导线，用于连接水果电池的正负极。

（2）通过查阅文献，番茄是一种酸味较强，性价比较好的水果。

买三个番茄，分别用小刀切成两半，用一定宽度的铜片和锌片平行插入一片番茄中，电极插入的高度和宽度（Cu:0.7*3.0，Zn：1.2*3.0）用导线连接到灵敏电流计、电
压表、发光二极管、音乐贺卡上，检验电流的产生。

（3）改变铜电极宽度，捣碎番茄，和改用番茄汁，以及串联不同个数的番茄重复步骤（2）中操作。

（4）收拾仪器整理台面
【实验过程记录】
实验1图片
实验2图片
实验3图片
实验4图片
实验5图片
实验6图片（三个番茄串联，发光二级管发光，音乐贺卡不仅发光而且小灯泡也亮了）
实验7图片（五个番茄串联，发光二级管发光，音乐贺卡响起，小灯泡亮了）
实验8图片（用番茄汁做电解液，音乐贺卡响起）
1.番茄是否捣碎对水果电池电流电压的影响
的番茄相比，电流明显增大，电压升高，音乐贺卡都响起，这可能是因为番茄捣
碎，番茄中的电解质流动性增强，导电能力增强，所以电流和电压都增大，这也从次面说明，本次实验成功的关键要选用新鲜，个大多汁的番茄进行实验，同时本次实验也为中学实验提供一定的实验建议，对于导电性能交差的水果可以捣碎水果以增强水果电池的导电性。

后续实验为使现象更明显都选用捣碎的番茄进行实验。

2.铜电极宽度对水果电池电流电压的影响
通过实验1、实验2和实验3可以发现在相同的实验条件下，改变过铜电极宽度，电流明显增大，电流从0.8mA增大到3.4mA,这是因为铜电极宽度增大，而插入深度不变，铜电极与水果接触面积大，离子传递速度加快，增大了原电池的电流。

因为在实验室未能做成不同宽度的锌片，故而无法完成不同锌片宽度对原电池的性能的影响，但是可以预测随着锌片宽度的增大，水果电池电流会逐渐增大。

所以在做原电池的水果实验时应选用宽度适中的铜片宽度和锌片宽度，以获得较好电流和电压，本实验综合考虑电流、电压和铜片宽度的大小对插入番茄的方便性，选用了铜片宽度为2cm的铜电极继续后续实验。

3.番茄串联个数对水果电池电流电压的影响
通过实验3、5、6、7可以发现，在保持其他条件不变的情况下，随着串联个数的增加，电流基本上逐渐减小，电压基本上逐渐增大，音乐贺卡基本能响起，并随着串联个数的增加，音乐声音明显增大，发光二极管在串联两个番茄是就可以发光，但是及其微弱，是一闪一闪的亮光，值得注意的是串联5个番茄时，灵敏电流计的显示值为0，说明电流可能很小，小到灵敏电流计检测不出来，但是发光二级管的亮度却是最好的，音乐贺卡的发声比较大，能完整的唱出整首音乐。

而电压随着串联个数增大，但是电流却减小主要是因为随着串联个数增加，两电极间距离增大，同时导线增多，所设计原电池电阻增大，故而电压增大电流却减小。

4.番茄汁对水果电池电流电压的影响
通过实验1、2、8的对比发现，使用番茄汁，电池的电流显著增大，但是电压增大并不明显，这可能是因为番茄汁流动性强，导电能力强，所以电流和电压都增大。

【实验反思】
通过以上实验探究，说明水果本身，电极材料宽度，水果串联个数都对水果电池产生影响：
1．捣碎水果电池或者用水果汁可以增大原电池电流，这主要是因为捣碎水果和使用水果汁都能使得水果中电解质流动性增强，导电能力增大，故而电流电压都增大。

2．随着电极浸入水果中电解质的表面积增大，水果电池电流增大。

3．随着串联个数的增加，电压增大，两电极间距离增大，电阻增大，电流减小。

4．对于中学化学演示实验可以选取音乐贺卡进行改装实验，因为音乐贺卡实验现象明显，且在较低的电压和电流下均能发声，实验较为有趣，能较好吸引同学们参与，提高学生实验积极性，故而适合中学做演示实验或者学生探究性实验。

本文虽对影响水果电池电压和电流的因素通过数据进行了分析，但仍存在不足之处。

在探究电解质与电压及电流大小的关系时，选择水果种类较少，未对电解质进行pH值和含水量的测量，是本实验的不足之处。

在探究电极材料宽度与电压及电流大小的关系时，无法进行锌电极的实验对比，无法由实验数据推断出普遍性结论。

同时在实验中因为水果本身形状的影响，无法准确量取两电极间距离，故而原来设计的探究两电极间距离对水果电池电流电压的影响没法继续实施，也因为前期准备的电极材料有限，没法完成不同电极种类对水果电池电流电压和实验现象的影响。

【参考文献】
[1] 肖常磊,钱扬义,中学化学实验教学论,化学工业出版社, 2007, 174-177.
[2] 袁淼，巧用音乐贺卡制作两款原电池，中学化学教学参考，2010（2）
[3]祝炎，吴先强，王程杰，水果电池实验效果影响因素分析及案例设计，教学仪器与实验，2009,25（9），13-14.。