探究影响原电池电流大小的几个因素
2014-01-10 10:44阅读：
探究影响原电池电流大小的几个因素
王继璋
陕西省西安中学（710018）
摘 要
在原电池的教学实验中，通常在电路中连入一个电流表以显示通过电路中的电流大小和电流的方向，但是在同一实验中要想重复实验结果则并不容易，这就必须弄清楚影响原电池中电流大小的诸多因素，本文将从多个角度来探究影响原电池电流大小的因素。
关键词 原电池
电流 影响因素 电极
电解质
原电池的电流大小要受到电极材料种类、电解质种类、氧化剂和还原剂的种类等内因影响和电解质溶液浓度的大小、电极之间的距离、电极与电解质溶液的接触面积等外因影响，本文主要探究几个外因的影响。
1 实验器材和药品
铜片、锌片、电流计、50mL烧杯、铜导线、0.1mol/L稀硫酸、0.5mol/L稀硫酸、1.0mol/L稀硫酸、0.5moL/LBa(OH)2
pan >溶液、饱和氯化钠溶液、胶头滴管、剪刀等
。
2 实验探究
先按如右图所示连接好装置。逐一探究影响原电池电流大小的因素。
2.1电解质溶液的浓度大小
在烧杯中加入15mL左右的0.1mol/L稀硫酸，将连好的铜、锌两个电极插入烧杯中的稀硫酸，记录下电流表的指针的偏转，如表1实验1。然后用两支胶头滴管分别吸取0.5mol/L稀硫酸、1.0mol/L稀硫酸，分别向上述实验的烧杯中滴加1~3滴，并各自记录电流表的指针偏转情况。
实验发现，当滴入0.5mol/L稀硫酸1~3滴时，电流表指针逐渐偏转增大，继续滴入1~3滴1.0mol/L稀硫酸时，电流表指针偏转更大。
再另取一支胶头滴管吸取饱和氯化钠溶液，向上述实验后的溶液中加入1~3滴，结果发现电流表指针也增大偏转。
再另取一支胶头滴管吸取0.5moL/LBa(OH)2溶液，向上述实验后的溶液中加入3~5滴，结果发现电流表指针减小偏转。
说明随着电解质溶液的浓度增大，电路中的电流随之增大。加入饱和氯化钠是因为增大了溶液中的导电微粒Na+和Cl-的浓度，加入较大浓度的稀硫酸时，除了溶液中导电粒子的浓度增大，还有铜片周围起氧化性作用的H+的浓度增大，使铜片上H+的还原反应速率增大所致；Ba(OH)2溶液的加入使溶液中的SO42-和OH-浓度因生成BaSO4难溶物和弱电质H2O而减小导致电流减弱。
2.2 电极与电解质溶液的接触面积
将负极分别接宽度不等（两个宽分别为为1cm、2cm左右）的两个金属锌片，正极为相同铜片，做对比实验（其他条件均相同），发现锌片较宽的一个电流表指针偏转较大，如表1实验2和实验3。
表1
实验序号
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电极A
（黑色接线柱）
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电极B
（红色接线柱）
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电解质
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检流计指针偏转及操作
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1
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Zn片
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Cu片
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稀硫酸
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向右偏
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2
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1cm宽Zn片
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Cu
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稀硫酸
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向右偏至一定的刻度
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3
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2cm宽Zn片
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Cu
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稀硫酸
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较上一实验偏转更大
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4
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1cm宽Zn片
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Cu
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稀硫酸
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插入溶液一半深度
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5
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1cm宽Zn片
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Cu
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稀硫酸
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插入溶液至烧杯底，偏转较上一实验更大。
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6
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1cm宽Zn片，未打磨
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Cu
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稀硫酸
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向右偏
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7
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1cm宽Zn片，打磨
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Cu
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稀硫酸
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较上一实验偏转更大
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8
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1cm宽Zn片
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1cm宽Zn片
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稀硫酸
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不偏转
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9
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Zn片
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Zn细条
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稀硫酸
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向右偏
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再分别取等宽的两个金属锌片接在负极并分别与同一铜片组成原电池，其中一个插入溶液中的深度较另一个大（其他条件均相同），结果发现锌片插入溶液较深的一个原电池电流表指针偏转较大。若锌片插入的深度都相同，改变铜片插入的深度，结果发现电流表的指针随之改变，铜片插入较深时，电流变大，如表一实验4和实验5。
将上述两个等宽的金属锌片其中的一个表面用粗砂纸打磨后分别插入上述装置的稀硫酸中（其他条件均相同），结果发现锌片表面打磨过的一个原电池电流表指针偏转较大，如表1实验6和实验7。
为了进一步验证电极与稀硫酸接触的表面积影响电流大小，再做以下实验：
将上图原电池装置中的负极和正极均用宽度相同的金属锌片，分别插入烧杯内深度相同的稀硫酸中，发现电流表指针不偏转，表明电路中无电流产生，如表1实验8.
用剪刀在上述所用的锌片上剪下一细条，与锌片分别接在原电池两极，结果发现电流表指针发生偏转，从偏转方向判断锌片做负极，细锌条做正极，如表一实验9，这是因为锌片与稀硫酸的接触面积较细锌条大，净的结果是细锌条做了正极，锌片做了负极。
从以上几个实验得出电极与电解质溶液的接触面积是影响原电池的电流大小的一个因素。
2.3 电极之间的距离
将上图所示装置中的锌片和铜片插入稀硫酸后，逐渐改变两极之间的距离（增大和减小铜片和锌片间的距离），发现电流表的指针随之改变，增大两极间的距离时电流表指针偏转角度逐渐变小，减小两极间距离时，电流表指针偏转角度逐渐增大。这个原因应该是两极间的距离改变时，溶液中的电流受到的电阻变化所致。两极间距增大时溶液中的电阻增大，电流减小。
3 实验结果与讨论
对具体的一个原电池，当电极材料、电解质等确定时，电路中的电流还要受到电解质溶液的浓度、电极与电解质溶液的接触面积、电极之间的距离等因素的影响。
电解质溶液的浓度越大，溶液的导电性越强，电流也越大；电解质若同时还参与电极反应（如上述实验中的硫酸），浓度增大时，正极表面的还原反应速率增大（负极表面的氧化反应速率也增大），电流增大。电极与电解质溶液的接触面积越大，电流越大。两极间的距离越小，电流越大。
