求助 | 註冊 | 登入
自製電池嗶嗶叫
by yangsp, 2011-08-01 09:28:07, 人氣(3707)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:劉敏香  E424037


自製電池嗶嗶叫

簡介

利用氧化還原反應裝置成一個電池,並且使 call 機發生聲響。

示範步驟

1. 取約 25 公分的鎂帶,摺成三折並疊成約 8 公分長,然後用約 20 公分的銅線纏於上頭。
2. 用一透明玻璃紙做成容器狀,用橡皮圈綁住上頭(不用綁緊,只要束著就好),然後插入一根約 30 公分的銅線,插入的一端最好先把它摺成環狀以防刺破玻璃紙,如圖一所示。
3. 將 50 mL 硫酸銅溶液加入 100 mL 的燒杯內,將 250 mL 硫酸鉀溶液加入 50 0mL 的燒杯內。
4. 把步驟 3.50 mL 的硫酸銅溶液倒入做好的玻璃紙袋內,並將它置於另一個 500 mL 的燒杯中,然後將步驟 1 之鎂帶也放入燒杯中,如圖二所示。
5. 然後將步驟 3.  250 mL 的硫酸鉀溶液徐徐倒入 500 mL 的燒杯中(註1),如圖三所示。
6. 將 call 機接上,立即有嗶嗶叫的聲音(註 2),如圖四所示。

註1.

不可將綁有鎂帶的銅線浸到硫酸鉀的溶液中,進行步驟 5 之前,須事先讓同學聽聽已裝 1.5V 電池的 BBcal 叫的聲音大小及響了幾聲,以作為比較之用。

註2.

正負極接錯,聲音不會響。
圖一 圖二
圖三 圖四

溶液和器材

1. 0.5 M 的硫酸銅溶液:
約 6.3 g 硫酸銅(CuSO4.5H2O,cupric sulfate.penthydrate)晶體溶於 50 mL 的水中。
2. 0.5 M 的硫酸鉀溶液:約 21.8 g 硫酸鉀(K2SO4,potassium sulfate)固體溶於 250 mL 的水中)。
3. 銅線一條(約 30 公分長)。
4. 玻璃紙一張(約 625 平方公分)。
5. 銅線一條(約 20 公分長)。
6. 鎂帶(約 25 公分長)。
7. 100 mL 的燒杯一個。
8. 500 mL 的燒杯 2 個。
9. 橡皮圈一條。
10. BBcall 機一只。

原理和概念

1. 本實驗的半反應式分別為:
 Mg
(aq) →  Mg2+(aq) +  2e-
 Cu
2+
(aq) + 2e →  Cu(s)
全反應式為:
Mg
(aq) + Cu2+(aq) →  Mg2+(aq)+ Cu(s)
2. 電化電池的表示法:
    電極  ∣溶液離子  ∥ 溶液離子  ∣  電極
    ________________     ________________
             陽極                                陰極
以本實驗為例:Mg∣Mg2+∥Cu2+∣Cu  ,可簡寫為Mg — Cu2+電池。
3. 電化電池的陽極:發生氧化,電子流出,氧化電位大者(還原電位小者)。
電化電池的陰極:發生還原,電子流入,還原電位大者(氧化電位小者)。
4. 氧化電位:失去電子的傾向,以伏特為單位表示;氧化電位愈大,表示失去電子的傾向愈大。
還原電位:獲得電子的傾向,以伏特為單位表示;還原電位愈大,表示獲得電子的傾向愈大。
5. 鹽橋的功用:使電流暢通,讓陰陽離子能夠流通,保持電中性,防止任一個半電池積存淨電荷。
鹽橋的組成:為鹽類的飽和溶液,且不與兩半電池之溶液發生反應者。本實驗係利用玻璃紙當作半透膜,可讓陰陽離子能夠流通亦有鹽橋的功能。

教學提示

1. 銅線最好先用磨砂紙磨過,再進行反應。
2. 鎂帶反應前先用 1 M HC l浸洗一會兒,然後迅速取出再使用。
3. 若時間許可的話,可將多個自製電池串聯或並聯,驅動需要更大功率的負載。

問題和參考答案

1. 本實驗什麼物質被氧化?什麼物質被還原? 
答: Mg被氧化成 Mg2+,而 Cu2+ 被還原成 Cu。
2.  本實驗陽極是什麼?陰極是什麼?
答: 陽極是 Mg 及 Mg2+、陰極是 Cu2+ 及 Cu 。
3. 為什麼硫酸鉀溶液徐徐倒入時,不可淹沒鎂帶與銅線連接的位置?
答: 因為淹沒了就成了陰極是銅,陽極也是銅的情形,電位差為零,BBcall 機就不會響了。
4. 本實驗產生電壓有多少?
答: 依標準電位計算之:
                Mg(s) →  Mg2+(aq)  +  2e-      E0 =  2.37V
          +)     Cu2+(aq) + 2e →  Cu(s)        E0 =  0.34V
    __________________________________________________
                Mg(s)  +  Cu2+(aq)  →  Mg2+(aq) +  Cu(s)     △E0 =  2.71V
但實際上不是 2.71 V,因為電位的大小會受濃度及溫度的影響,而本實驗的焦點不在探討電位大小,要測量電位的話,可拿伏特計或三用電錶測量看看。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 1, p 155-156 , Washington, D.C., American Chemical Society.

適用程度

國民小學 國民中學 ˇ高級中學 ˇ大學普通化學

安全

 ● 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

發表討論