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摘要:在电池已成为千家万户不可或缺的必需品的同时,电化学也亦俨然成为化学学科一个靓丽的分支。本文秉承高中阶段有关《化学反应原理》的学习的内容与精神,以“速率”“限度”为藤蔓,深度探究有关化学电池的相关原理,并在其基础上进行发散性思维的创新探究。
关键词:“速率”;“限度”;原电池
我们已在高中化学选修4《化学反应原理》(鲁科版)“电化学基础”一章内了解了有关原电池的基本知识,了解掌握了有关铅蓄电池、燃料电池等常见电池相关原理。本文将深入探究影响原电池电流大小与限制电池反应限度的因素,融会贯通整本《化学反应原理》,让理论与具体的电化学实例相结合。
1实验概述
1.1实验器材及药品
天平、量筒、烧杯、玻璃棒、试管、胶头滴管、锥形瓶、镁片、铝片、锌片、铁片、铜片石墨(以上规格均为5cm*2cm)、HCl溶液(0.1mol/L、0.5mol/L)、0.1mol/LNaOH溶液、0.1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L[H+[(0.3mol/L)]KMnO4溶液、0.1mol/L C2H2O4溶液、0.1mol/LC6H8O7溶液、淀粉-KI(10%淀粉+5%KI)混合溶液。
1.2實验准备
用砂纸打磨掉金属上氧化膜,直至光滑及显出金属光泽;灵敏电流计调零。
1.3实验统一步骤说明
用导线依次连接负极金属片、正极电极并保持其位置不变进行实验,控制插入深度6cm、板极间距3cm-多次实验并测量数据。将电流导出至音乐贺卡、耳机、淀粉-KI电解槽来直观地体现实验现象。
2正式实验
2.1“究竟谁比谁快”:探究电极活动性差异对电流的影响
本次实验用到了Me、Zn(负极)、Fe、Cu、C(正极)电极,并使用0.1mol/L盐酸作为电解液进行实验。
实验中发现电流随负极活动性增强与正极活动性减弱,音乐贺卡声音变大,耳机声音变大,电解槽颜色也越来越浓。电极活动性相对差异大小将直接影响电流强弱。一般而言,负极越活泼,正极越懒惰时电流越大。不难得出结论:在负极、电解质溶液、温度、板极间距相同与插入深度等其他因素相同时,正极的活动性越弱,所得电流强度越大。
2.2“奔跑吧,离子们!”:探究不同电解质溶液对电流的影响
本次实验Al作负极、石墨作正极(相对而言电流大小适中)并使用浓度均为0.1mol/L的不同的电解液进行实验。
我们不难发现Al这种比较特殊的金属与强碱、强氧化性物质反应比较剧烈,沟通出的电流也相对较大。而与某些弱的电解质、不反应的电解质产生电流较小。
结论:在正负极、溶液浓度、板极间距相同与插入深度等因素相同而溶液电解质不同时,不同电解质对电流造成的影响明显,其中与负极反应越剧烈的溶质(NaOH)越容易反应,而与负极反应微弱(草酸)或不反应(NaCl)的电解质反应缓慢,电流微弱。
得到结论:其他条件相同时,温度越高,电流越强;若电解质为强电解质,则电流与浓度呈现线性关系;若为弱电解质,则电流增加得越来越慢,且会有上界。
关键词:“速率”;“限度”;原电池
我们已在高中化学选修4《化学反应原理》(鲁科版)“电化学基础”一章内了解了有关原电池的基本知识,了解掌握了有关铅蓄电池、燃料电池等常见电池相关原理。本文将深入探究影响原电池电流大小与限制电池反应限度的因素,融会贯通整本《化学反应原理》,让理论与具体的电化学实例相结合。
1实验概述
1.1实验器材及药品
天平、量筒、烧杯、玻璃棒、试管、胶头滴管、锥形瓶、镁片、铝片、锌片、铁片、铜片石墨(以上规格均为5cm*2cm)、HCl溶液(0.1mol/L、0.5mol/L)、0.1mol/LNaOH溶液、0.1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L[H+[(0.3mol/L)]KMnO4溶液、0.1mol/L C2H2O4溶液、0.1mol/LC6H8O7溶液、淀粉-KI(10%淀粉+5%KI)混合溶液。
1.2實验准备
用砂纸打磨掉金属上氧化膜,直至光滑及显出金属光泽;灵敏电流计调零。
1.3实验统一步骤说明
用导线依次连接负极金属片、正极电极并保持其位置不变进行实验,控制插入深度6cm、板极间距3cm-多次实验并测量数据。将电流导出至音乐贺卡、耳机、淀粉-KI电解槽来直观地体现实验现象。
2正式实验
2.1“究竟谁比谁快”:探究电极活动性差异对电流的影响
本次实验用到了Me、Zn(负极)、Fe、Cu、C(正极)电极,并使用0.1mol/L盐酸作为电解液进行实验。
实验中发现电流随负极活动性增强与正极活动性减弱,音乐贺卡声音变大,耳机声音变大,电解槽颜色也越来越浓。电极活动性相对差异大小将直接影响电流强弱。一般而言,负极越活泼,正极越懒惰时电流越大。不难得出结论:在负极、电解质溶液、温度、板极间距相同与插入深度等其他因素相同时,正极的活动性越弱,所得电流强度越大。
2.2“奔跑吧,离子们!”:探究不同电解质溶液对电流的影响
本次实验Al作负极、石墨作正极(相对而言电流大小适中)并使用浓度均为0.1mol/L的不同的电解液进行实验。
我们不难发现Al这种比较特殊的金属与强碱、强氧化性物质反应比较剧烈,沟通出的电流也相对较大。而与某些弱的电解质、不反应的电解质产生电流较小。
结论:在正负极、溶液浓度、板极间距相同与插入深度等因素相同而溶液电解质不同时,不同电解质对电流造成的影响明显,其中与负极反应越剧烈的溶质(NaOH)越容易反应,而与负极反应微弱(草酸)或不反应(NaCl)的电解质反应缓慢,电流微弱。
得到结论:其他条件相同时,温度越高,电流越强;若电解质为强电解质,则电流与浓度呈现线性关系;若为弱电解质,则电流增加得越来越慢,且会有上界。