一、设计思路
数字化实验中可以同时使用多个传感器,本次实验使用电流传感器和温度传感器探究在单液铜锌原电池中电流和温度的变化。
1、实验目的
·测量铜锌稀硫酸原电池反应过程的电流。
·测量铜锌稀硫酸原电池反应的过程的温度变化。
·证明单液原电池中电流随时间的衰减。
2、实验原理
将化学能变为电能的装置称为原电池,原电池电极反应都可分解为2个半反应———负极反应(氧化反应)和正极反应(还原反应),铜锌原电池中,锌为负极,铜为正极。锌片向外电路放出电子,铜片从外电路得到电子,在2个电极之间的电解液中,正离子向正极移动,负离子向负极移动形成电流回路。
3、实验用品
实验试剂:锌片、铜片、H2SO4(1.0mol/L)。
实验仪器:电流传感器、温度传感器、数据采集器、计算机、Loggerpro软件、导线、烧杯。
图为电流传感器。
图为不锈钢温度传感器。
图为数据采集器。
4、实验过程
(1)配制1mol/L的H2SO4溶液;
(2)用砂纸打磨锌片和铜片;
(3)将铜片和锌片用导线分别连接上电流传感器,如图1所示;
(4)将温度传感器放入电解液中,如图1所示;
(5)将点击采集按钮,开始采集数据。
(6)保存数据,清洗仪器,回收药品。
图1实验装置示意图
5、预期实验现象
A.电流曲线随时间推移会有略微下降。解释:
(1)反应中我们能明显看到,不仅铜片表面有气泡生成,锌片表面也有大量气泡,说明电子转移的效率并不高;
(2)随反应的进行,H+、Zn2+向正极(铜片)移动,SO2-向负极(锌片)移动,但每种离子在溶液中的迁移速率不同,会产生电势差,两级之间形成液接电势(它是由于正负离子的扩散速率不同而形成的,因此也叫扩散电势),阻碍电流的形成;
(3)随反应的进行,锌片不断溶解,周围Zn2+增多,负极锌片周围的溶液带正电荷阻止锌进一步失去电子变成Zn2+进入溶液,铜片附近,H+得电子变成氢气,使得铜片周围H+减少,SO2-过多,铜片周围溶液带负电,阻止H+进一步得电子。以上原因都能够造成原电池的电流减弱。
B.温度曲线逐渐上升。解释:
该原电池的反应原理是Zn+2H+=Zn2++H2?,该反应是放热反应。刚才也提到,反应过程中我们能明显看到,不仅铜片表面有气泡生成,锌片表面也有大量气泡,说明虽然通过原电池这个装置化学能转化为了电能,但在转移的过程中,还是有一部分能量转化为了热能。
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