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      運(yùn)用手持技術(shù)探究影響原電池效率的主要因素

      2014-10-21 23:29:01胡華國黃雪吳宣東
      化學(xué)教與學(xué) 2014年10期
      關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)探究影響因素

      胡華國 黃雪 吳宣東

      摘要:利用手持技術(shù)通過測定原電池電流的變化,探究鹽橋、電解質(zhì)溶液濃度和電極材料對原電池效率的影響。由于手持技術(shù)分析儀結(jié)合計(jì)算機(jī)繪制變化曲線,直觀呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從而使學(xué)生對影響原電池效率的主要因素具有直觀和準(zhǔn)確的認(rèn)識。

      關(guān)鍵詞:手持技術(shù);原電池效率;影響因素;實(shí)驗(yàn)探究

      文章編號:1008-0546(2014)10-0079-02 中圖分類號:G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

      手持技術(shù),又稱傳感技術(shù),是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集各種常用數(shù)據(jù)并能與計(jì)算機(jī)連接的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)[1]。手持技術(shù)通過對實(shí)驗(yàn)體系中某種或某幾種物理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量,應(yīng)用于化學(xué)本質(zhì)問題的研究。同時(shí)該設(shè)備具有輕巧便攜、操作方便、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測等優(yōu)點(diǎn);既能調(diào)動(dòng)學(xué)生的科研熱情、通過親自操作培養(yǎng)其探究精神,也可與多媒體聯(lián)用使教師輕松完成演示實(shí)驗(yàn)[2-3]。

      原電池是高中化學(xué)選修4(人教版)第四章中第一節(jié)的內(nèi)容,其中“鹽橋”的引入是本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)之一。在教學(xué)中教師應(yīng)該注重理論分析與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合,才能使學(xué)生更好的掌握該知識點(diǎn)。本研究應(yīng)用手持技術(shù)探究影響原電池效率的主要因素,可以使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲得直觀、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù),并通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析總結(jié)輕松掌握該知識點(diǎn)。由于學(xué)生得到的不僅是結(jié)果,而且有過程,從而有利于提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。

      一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

      現(xiàn)行新課程教材中介紹原電池相關(guān)知識時(shí),主要側(cè)重于講授原電池的工作原理,強(qiáng)調(diào)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電、電子產(chǎn)生及其在導(dǎo)線中流動(dòng)形成回路。學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)時(shí),在用相同量程的電流計(jì)探究原電池工作原理時(shí),發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度不一致,帶著這個(gè)疑惑,我們用電流計(jì)進(jìn)行多方面的測定,得出原電池在工作時(shí)產(chǎn)生的電流強(qiáng)度與電極材料的金屬活潑性差距和電解質(zhì)溶液濃度有關(guān)。一般來說,電池材料的金屬活潑性差距越大、電解質(zhì)溶液溶度越大,產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越大,反之越小。為了快速、直觀地顯示原電池在工作時(shí)電流強(qiáng)度的變化情況,我們借助手持技術(shù)有助于學(xué)生對原電池工作原理進(jìn)行全面深入的理解。

      二、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

      三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與操作

      1. 用電流傳感器測量單液原電池的電流

      2. 使用鹽橋后,用電流傳感器測量雙液原電池的電流

      兩個(gè)燒杯分別裝有1.0 mol·L-1稀硫酸和3.0 mol·L-1稀硫酸,浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉作為鹽橋;用電流傳感器連接鋅片、銅片,采集數(shù)據(jù),用軟件分析數(shù)據(jù)并以時(shí)間為橫軸,電流為縱軸作圖。

      3. 原電池效率影響因素——電解質(zhì)溶液濃度

      (1)連接實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器,打開計(jì)算機(jī),進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)。點(diǎn)擊“通用軟件”,系統(tǒng)自動(dòng)識別所接入的傳感器,并顯示電流值。

      (2)在井穴板中依次滴加4~5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、1.0 mol·L-1 H2SO4,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      (3)在井穴板中依次滴加4-5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、3.0 mol·L-1 H2SO4,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      4. 原電池效率影響因素——電極材料

      (1)連接實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器,打開計(jì)算機(jī),進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)(圖2)。點(diǎn)擊“通用軟件”,系統(tǒng)自動(dòng)識別所接入的傳感器,并顯示電流值。

      (2)井穴板中依次滴加4~5 毫升濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      (3)井穴板中依次滴加4~5 mL濃度各為1.0 mol·L-1 MgSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鎂條、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

      1. 由圖3所示,電流在五分鐘內(nèi)迅速從0.262 A衰減到0.095 A。分析原因可能有兩個(gè):一是鋅片與硫酸因?yàn)橹苯咏佑|發(fā)生氧化還原反應(yīng),二是鋅片本身不純;在鋅片上形成了原電池導(dǎo)致化學(xué)能部分轉(zhuǎn)化為熱能,進(jìn)而得出單液原電池的工作效率低。

      2. 如圖4可知鹽橋的使用,使電流在較長的時(shí)間不發(fā)生衰減,維持在0.006A,得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流。

      3. 如圖5曲線說明,電流強(qiáng)度的大小與電解質(zhì)溶液濃度大小有關(guān),電解質(zhì)濃度為1.0 mol·L-1 H2SO4對應(yīng)的電流值為0.006A;而電解質(zhì)濃度為3.0 mol·L-1 H2SO4對應(yīng)的電流值為0.012A。可見,電解質(zhì)溶液濃度越大,產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越大。

      4. 通過圖6曲線可知:鋅片為電池材料對應(yīng)的電流為0.006A,鎂條為電極材料對應(yīng)的電流為0.020A。可見,雙液原電池電流強(qiáng)度大小與電極材料的金屬活潑性有關(guān),一般來說,電池材料的金屬活潑性差距越大,產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越大。

      五、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的意義

      本實(shí)驗(yàn)借助手持技術(shù),用電流傳感器探究原電池效率的主要因素——鹽橋、電解質(zhì)溶液濃度和電極材料,得到比較滿意的結(jié)果。同時(shí)選用井穴板作為原電池裝置具有裝置簡單(可代替多個(gè)燒杯),浸泡飽和KCl溶液的海綿可代替制作復(fù)雜的鹽橋,測量快速,節(jié)省試劑,便于操作,攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。此次實(shí)驗(yàn)探究有幸獲得全國第三屆“威尼爾”(Vernier)杯化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用及創(chuàng)新設(shè)計(jì)展評一等獎(jiǎng);同時(shí)探究過程應(yīng)用到教學(xué)中,獲得2013年安徽省高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課評比一等獎(jiǎng)。如果我們能繼續(xù)將手持技術(shù)運(yùn)用于中學(xué)課堂,教師即可借助可感的實(shí)驗(yàn)儀器與清晰的曲線讓學(xué)生理解抽象的理論知識,相信能取得較好的教學(xué)效果[4-5]。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 錢揚(yáng)義.手持技術(shù)在化學(xué)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用與建模研究[M].北京:科學(xué)出版社,2009

      [2] 俸皇.淺談手持技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].基礎(chǔ)教育研究,2007,(4)37-38

      [3] 王祖浩,王磊.化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))解讀[M].武漢:湖北教育出版社,2004:212

      [4] 王磊,魏銳,范林.傳感技術(shù)——化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究手冊.北京:北京師范大學(xué)出版社,2008:61-62,64-67

      [5] 錢揚(yáng)義,杜永鋒,李佳,等.掌上實(shí)驗(yàn)室(Lab in Hand)的特點(diǎn)及其功能[J].電化教育研究,2003,(10)59-62endprint

      摘要:利用手持技術(shù)通過測定原電池電流的變化,探究鹽橋、電解質(zhì)溶液濃度和電極材料對原電池效率的影響。由于手持技術(shù)分析儀結(jié)合計(jì)算機(jī)繪制變化曲線,直觀呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從而使學(xué)生對影響原電池效率的主要因素具有直觀和準(zhǔn)確的認(rèn)識。

      關(guān)鍵詞:手持技術(shù);原電池效率;影響因素;實(shí)驗(yàn)探究

      文章編號:1008-0546(2014)10-0079-02 中圖分類號:G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

      手持技術(shù),又稱傳感技術(shù),是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集各種常用數(shù)據(jù)并能與計(jì)算機(jī)連接的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)[1]。手持技術(shù)通過對實(shí)驗(yàn)體系中某種或某幾種物理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量,應(yīng)用于化學(xué)本質(zhì)問題的研究。同時(shí)該設(shè)備具有輕巧便攜、操作方便、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測等優(yōu)點(diǎn);既能調(diào)動(dòng)學(xué)生的科研熱情、通過親自操作培養(yǎng)其探究精神,也可與多媒體聯(lián)用使教師輕松完成演示實(shí)驗(yàn)[2-3]。

      原電池是高中化學(xué)選修4(人教版)第四章中第一節(jié)的內(nèi)容,其中“鹽橋”的引入是本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)之一。在教學(xué)中教師應(yīng)該注重理論分析與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合,才能使學(xué)生更好的掌握該知識點(diǎn)。本研究應(yīng)用手持技術(shù)探究影響原電池效率的主要因素,可以使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲得直觀、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù),并通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析總結(jié)輕松掌握該知識點(diǎn)。由于學(xué)生得到的不僅是結(jié)果,而且有過程,從而有利于提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。

      一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

      現(xiàn)行新課程教材中介紹原電池相關(guān)知識時(shí),主要側(cè)重于講授原電池的工作原理,強(qiáng)調(diào)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電、電子產(chǎn)生及其在導(dǎo)線中流動(dòng)形成回路。學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)時(shí),在用相同量程的電流計(jì)探究原電池工作原理時(shí),發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度不一致,帶著這個(gè)疑惑,我們用電流計(jì)進(jìn)行多方面的測定,得出原電池在工作時(shí)產(chǎn)生的電流強(qiáng)度與電極材料的金屬活潑性差距和電解質(zhì)溶液濃度有關(guān)。一般來說,電池材料的金屬活潑性差距越大、電解質(zhì)溶液溶度越大,產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越大,反之越小。為了快速、直觀地顯示原電池在工作時(shí)電流強(qiáng)度的變化情況,我們借助手持技術(shù)有助于學(xué)生對原電池工作原理進(jìn)行全面深入的理解。

      二、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

      三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與操作

      1. 用電流傳感器測量單液原電池的電流

      2. 使用鹽橋后,用電流傳感器測量雙液原電池的電流

      兩個(gè)燒杯分別裝有1.0 mol·L-1稀硫酸和3.0 mol·L-1稀硫酸,浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉作為鹽橋;用電流傳感器連接鋅片、銅片,采集數(shù)據(jù),用軟件分析數(shù)據(jù)并以時(shí)間為橫軸,電流為縱軸作圖。

      3. 原電池效率影響因素——電解質(zhì)溶液濃度

      (1)連接實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器,打開計(jì)算機(jī),進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)。點(diǎn)擊“通用軟件”,系統(tǒng)自動(dòng)識別所接入的傳感器,并顯示電流值。

      (2)在井穴板中依次滴加4~5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、1.0 mol·L-1 H2SO4,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      (3)在井穴板中依次滴加4-5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、3.0 mol·L-1 H2SO4,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      4. 原電池效率影響因素——電極材料

      (1)連接實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器,打開計(jì)算機(jī),進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)(圖2)。點(diǎn)擊“通用軟件”,系統(tǒng)自動(dòng)識別所接入的傳感器,并顯示電流值。

      (2)井穴板中依次滴加4~5 毫升濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      (3)井穴板中依次滴加4~5 mL濃度各為1.0 mol·L-1 MgSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鎂條、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

      1. 由圖3所示,電流在五分鐘內(nèi)迅速從0.262 A衰減到0.095 A。分析原因可能有兩個(gè):一是鋅片與硫酸因?yàn)橹苯咏佑|發(fā)生氧化還原反應(yīng),二是鋅片本身不純;在鋅片上形成了原電池導(dǎo)致化學(xué)能部分轉(zhuǎn)化為熱能,進(jìn)而得出單液原電池的工作效率低。

      2. 如圖4可知鹽橋的使用,使電流在較長的時(shí)間不發(fā)生衰減,維持在0.006A,得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流。

      3. 如圖5曲線說明,電流強(qiáng)度的大小與電解質(zhì)溶液濃度大小有關(guān),電解質(zhì)濃度為1.0 mol·L-1 H2SO4對應(yīng)的電流值為0.006A;而電解質(zhì)濃度為3.0 mol·L-1 H2SO4對應(yīng)的電流值為0.012A??梢?,電解質(zhì)溶液濃度越大,產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越大。

      4. 通過圖6曲線可知:鋅片為電池材料對應(yīng)的電流為0.006A,鎂條為電極材料對應(yīng)的電流為0.020A??梢?,雙液原電池電流強(qiáng)度大小與電極材料的金屬活潑性有關(guān),一般來說,電池材料的金屬活潑性差距越大,產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越大。

      五、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的意義

      本實(shí)驗(yàn)借助手持技術(shù),用電流傳感器探究原電池效率的主要因素——鹽橋、電解質(zhì)溶液濃度和電極材料,得到比較滿意的結(jié)果。同時(shí)選用井穴板作為原電池裝置具有裝置簡單(可代替多個(gè)燒杯),浸泡飽和KCl溶液的海綿可代替制作復(fù)雜的鹽橋,測量快速,節(jié)省試劑,便于操作,攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。此次實(shí)驗(yàn)探究有幸獲得全國第三屆“威尼爾”(Vernier)杯化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用及創(chuàng)新設(shè)計(jì)展評一等獎(jiǎng);同時(shí)探究過程應(yīng)用到教學(xué)中,獲得2013年安徽省高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課評比一等獎(jiǎng)。如果我們能繼續(xù)將手持技術(shù)運(yùn)用于中學(xué)課堂,教師即可借助可感的實(shí)驗(yàn)儀器與清晰的曲線讓學(xué)生理解抽象的理論知識,相信能取得較好的教學(xué)效果[4-5]。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 錢揚(yáng)義.手持技術(shù)在化學(xué)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用與建模研究[M].北京:科學(xué)出版社,2009

      [2] 俸皇.淺談手持技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].基礎(chǔ)教育研究,2007,(4)37-38

      [3] 王祖浩,王磊.化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))解讀[M].武漢:湖北教育出版社,2004:212

      [4] 王磊,魏銳,范林.傳感技術(shù)——化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究手冊.北京:北京師范大學(xué)出版社,2008:61-62,64-67

      [5] 錢揚(yáng)義,杜永鋒,李佳,等.掌上實(shí)驗(yàn)室(Lab in Hand)的特點(diǎn)及其功能[J].電化教育研究,2003,(10)59-62endprint

      摘要:利用手持技術(shù)通過測定原電池電流的變化,探究鹽橋、電解質(zhì)溶液濃度和電極材料對原電池效率的影響。由于手持技術(shù)分析儀結(jié)合計(jì)算機(jī)繪制變化曲線,直觀呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從而使學(xué)生對影響原電池效率的主要因素具有直觀和準(zhǔn)確的認(rèn)識。

      關(guān)鍵詞:手持技術(shù);原電池效率;影響因素;實(shí)驗(yàn)探究

      文章編號:1008-0546(2014)10-0079-02 中圖分類號:G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

      手持技術(shù),又稱傳感技術(shù),是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集各種常用數(shù)據(jù)并能與計(jì)算機(jī)連接的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)[1]。手持技術(shù)通過對實(shí)驗(yàn)體系中某種或某幾種物理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量,應(yīng)用于化學(xué)本質(zhì)問題的研究。同時(shí)該設(shè)備具有輕巧便攜、操作方便、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測等優(yōu)點(diǎn);既能調(diào)動(dòng)學(xué)生的科研熱情、通過親自操作培養(yǎng)其探究精神,也可與多媒體聯(lián)用使教師輕松完成演示實(shí)驗(yàn)[2-3]。

      原電池是高中化學(xué)選修4(人教版)第四章中第一節(jié)的內(nèi)容,其中“鹽橋”的引入是本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)之一。在教學(xué)中教師應(yīng)該注重理論分析與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合,才能使學(xué)生更好的掌握該知識點(diǎn)。本研究應(yīng)用手持技術(shù)探究影響原電池效率的主要因素,可以使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲得直觀、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù),并通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析總結(jié)輕松掌握該知識點(diǎn)。由于學(xué)生得到的不僅是結(jié)果,而且有過程,從而有利于提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。

      一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

      現(xiàn)行新課程教材中介紹原電池相關(guān)知識時(shí),主要側(cè)重于講授原電池的工作原理,強(qiáng)調(diào)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電、電子產(chǎn)生及其在導(dǎo)線中流動(dòng)形成回路。學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)時(shí),在用相同量程的電流計(jì)探究原電池工作原理時(shí),發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度不一致,帶著這個(gè)疑惑,我們用電流計(jì)進(jìn)行多方面的測定,得出原電池在工作時(shí)產(chǎn)生的電流強(qiáng)度與電極材料的金屬活潑性差距和電解質(zhì)溶液濃度有關(guān)。一般來說,電池材料的金屬活潑性差距越大、電解質(zhì)溶液溶度越大,產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越大,反之越小。為了快速、直觀地顯示原電池在工作時(shí)電流強(qiáng)度的變化情況,我們借助手持技術(shù)有助于學(xué)生對原電池工作原理進(jìn)行全面深入的理解。

      二、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

      三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與操作

      1. 用電流傳感器測量單液原電池的電流

      2. 使用鹽橋后,用電流傳感器測量雙液原電池的電流

      兩個(gè)燒杯分別裝有1.0 mol·L-1稀硫酸和3.0 mol·L-1稀硫酸,浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉作為鹽橋;用電流傳感器連接鋅片、銅片,采集數(shù)據(jù),用軟件分析數(shù)據(jù)并以時(shí)間為橫軸,電流為縱軸作圖。

      3. 原電池效率影響因素——電解質(zhì)溶液濃度

      (1)連接實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器,打開計(jì)算機(jī),進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)。點(diǎn)擊“通用軟件”,系統(tǒng)自動(dòng)識別所接入的傳感器,并顯示電流值。

      (2)在井穴板中依次滴加4~5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、1.0 mol·L-1 H2SO4,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      (3)在井穴板中依次滴加4-5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、3.0 mol·L-1 H2SO4,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      4. 原電池效率影響因素——電極材料

      (1)連接實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器,打開計(jì)算機(jī),進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)(圖2)。點(diǎn)擊“通用軟件”,系統(tǒng)自動(dòng)識別所接入的傳感器,并顯示電流值。

      (2)井穴板中依次滴加4~5 毫升濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      (3)井穴板中依次滴加4~5 mL濃度各為1.0 mol·L-1 MgSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液,在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鎂條、銅片(5mm×20mm),最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

      四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

      1. 由圖3所示,電流在五分鐘內(nèi)迅速從0.262 A衰減到0.095 A。分析原因可能有兩個(gè):一是鋅片與硫酸因?yàn)橹苯咏佑|發(fā)生氧化還原反應(yīng),二是鋅片本身不純;在鋅片上形成了原電池導(dǎo)致化學(xué)能部分轉(zhuǎn)化為熱能,進(jìn)而得出單液原電池的工作效率低。

      2. 如圖4可知鹽橋的使用,使電流在較長的時(shí)間不發(fā)生衰減,維持在0.006A,得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流。

      3. 如圖5曲線說明,電流強(qiáng)度的大小與電解質(zhì)溶液濃度大小有關(guān),電解質(zhì)濃度為1.0 mol·L-1 H2SO4對應(yīng)的電流值為0.006A;而電解質(zhì)濃度為3.0 mol·L-1 H2SO4對應(yīng)的電流值為0.012A。可見,電解質(zhì)溶液濃度越大,產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越大。

      4. 通過圖6曲線可知:鋅片為電池材料對應(yīng)的電流為0.006A,鎂條為電極材料對應(yīng)的電流為0.020A??梢?,雙液原電池電流強(qiáng)度大小與電極材料的金屬活潑性有關(guān),一般來說,電池材料的金屬活潑性差距越大,產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越大。

      五、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的意義

      本實(shí)驗(yàn)借助手持技術(shù),用電流傳感器探究原電池效率的主要因素——鹽橋、電解質(zhì)溶液濃度和電極材料,得到比較滿意的結(jié)果。同時(shí)選用井穴板作為原電池裝置具有裝置簡單(可代替多個(gè)燒杯),浸泡飽和KCl溶液的海綿可代替制作復(fù)雜的鹽橋,測量快速,節(jié)省試劑,便于操作,攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。此次實(shí)驗(yàn)探究有幸獲得全國第三屆“威尼爾”(Vernier)杯化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用及創(chuàng)新設(shè)計(jì)展評一等獎(jiǎng);同時(shí)探究過程應(yīng)用到教學(xué)中,獲得2013年安徽省高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課評比一等獎(jiǎng)。如果我們能繼續(xù)將手持技術(shù)運(yùn)用于中學(xué)課堂,教師即可借助可感的實(shí)驗(yàn)儀器與清晰的曲線讓學(xué)生理解抽象的理論知識,相信能取得較好的教學(xué)效果[4-5]。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 錢揚(yáng)義.手持技術(shù)在化學(xué)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用與建模研究[M].北京:科學(xué)出版社,2009

      [2] 俸皇.淺談手持技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].基礎(chǔ)教育研究,2007,(4)37-38

      [3] 王祖浩,王磊.化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))解讀[M].武漢:湖北教育出版社,2004:212

      [4] 王磊,魏銳,范林.傳感技術(shù)——化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究手冊.北京:北京師范大學(xué)出版社,2008:61-62,64-67

      [5] 錢揚(yáng)義,杜永鋒,李佳,等.掌上實(shí)驗(yàn)室(Lab in Hand)的特點(diǎn)及其功能[J].電化教育研究,2003,(10)59-62endprint

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