原电池实验的微型化和高效化改进

摘要 利用淀粉凝胶对铜锌原电池进行了微型化改进，进一步增加了电流的强度。使整套装置更利于学生的自主探究。

关键词 原电池 淀粉凝胶 微型化 高效化

铜锌原电池（又称丹尼尔电池）是电化学教学的重点。为了激发学生学习的兴趣，本文尝试在实验中用音乐贺卡的发声装置来代替电流表接入到原电池的装置中，并尝试改良铜锌原电池的装置，使装置微型化、输出电流高效化，能够使音乐贺卡的发声装置发出音乐声，同时做到使用器材的简便易得和使用药品的微量化。

1 实验探索

到底如何能够有效增强原电池的电流强度，苏教版的《实验化学》有关电化学的研究认为影响铜锌原电池电流强度的主要因素是电极的表面积、极板之间的距离、以及电极的材料。实验中发现使用多段长软管扎成束状组成的多组琼脂盐桥装置，可以明显增加电流的强度。

因此笔者推测增加电解质溶液与盐桥的接触面积能更有效地提升电流强度。琼脂、明胶等水凝胶是人们所熟知的天然高分子物质，常用来做为盐桥的填充物。通过查找相关文献发现淀粉凝胶具有亲水性天然多羟基骨架高分子，有很强的吸水性。为此笔者尝试制作淀粉凝胶来代替传统琼脂做为盐桥的填充物，从而简单有效地增加电解质溶液和盐桥的接触面积以提高电流强度。同时考虑将2个半电池移入到直径10.0cm，高1.20cm的玻璃培养皿中，来实现原电池装置的微型化。

2 实验步骤

2.1KCl淀粉凝胶的制作

在250mL的烧杯中加入50mL蒸馏水和4.0gKCl，加热溶解配制成1mol/L的KCl溶液。继续加入15.0g左右的可溶性淀粉搅拌均匀，加热微沸后，停止加热。趁热将溶液倒满事先准备好的培养皿，然后将培养皿放入冰箱的冷藏室中，冷却20min后取出，此时培养皿中凝固有白色的KCl淀粉凝胶。

2.2原电池槽的制作

先用刀片或者铁片在培养皿的中间划出一条宽度在5～7mm的条状凝胶柱，然后刮去凝胶柱两边的KCl淀粉凝胶，使凝胶柱将培养皿分成了互不相同的2个区域。分别往两边加入15mL的1mol/L CuSO4溶液和1mol/L ZnSO4溶液，然后分别插入有一定表面积的铜片和锌片后静置5min左右，用鳄鱼夹将音乐贺卡的发声装置接入，可以听到明显的音乐声。装置如图1所示。

3 改进方法后的优点

不同类型原电池装置的电流强度见表1。通过万用表测量可知本实验方法制作的原电池的电流可增强到90mA左右，比原先增强数倍，且效果十分明显。

利用淀粉凝胶做为盐桥能有效改善因为盐桥吸附能力不足而造成内阻过大、致使电流强度不够的缺点，且淀粉相较于琼脂更为普遍，价格低廉。无论是分析纯级别的淀粉还是食用级别的淀粉都能用于制作淀粉凝胶。其次相比其他的铜锌原电池，CuSO4和ZnSO4的使用量也大大降低，符合绿色化学的理念。再者整个装置的器材简便易得，在进行微型化改进后也更适合学生的自主性探究学习，有利于激发学生的学习兴趣。