构建简单伏打电池

构建简单伏打电池，是氧化还原平衡一章开花结果的地方：你在置换与「远距离电子转移」实验里看到的电子转移，如今做起了有用的功，驱动电流通过导线。在中五，它把电化学序直接连到一个可测量的电压，并解释化学电池如何把化学能转化为电能。

请把电池搭起来、比较各对金属，再练习试卷三的答案。

目的

用电解质中的两种不同金属构建简单伏打电池，显示它能产生电，并把电极与电压同金属在电化学序中的位置联系起来。

仪器与材料

• 烧杯
• 不同金属的金属片，如锌、铜、镁与铁
• 电解质，如稀硫酸或氯化钠溶液
• 电压表或电流计
• 带鳄鱼夹的连接导线
• 砂纸
• 安全护目镜

步骤

1. 用砂纸把一片锌和一片铜打磨到发亮。
2. 把电解质倒入烧杯。
3. 把两片金属都浸入电解质，保持分开、不相碰。
4. 用导线与鳄鱼夹把两片金属连到电压表。
5. 记录电压表的读数，并记下电压表显示哪种金属为负极、哪种为正极。
6. 换用其他金属对重复步骤 1 至 5，例如镁与铜、或锌与铁，每次都把金属片打磨干净。
7. 把每一对的负极与电压表读数的大小记录在表中。

预期观察

• 电压表出现读数，显示电池能产生电。
• 每一对中较活泼的金属被显示为负极；对锌与铜而言，锌为负极、铜为正极。
• 当两种金属在电化学序中相距较远时，如镁与铜，电压表读数较大；相距较近时，读数较小。
• 较不活泼的电极上可能出现气泡，较活泼的电极可能慢慢损耗。

请报告每一对中哪种金属是负极、以及读数是较大还是较小；不要编造具体的电压数值。

推断与结论

简单伏打电池把化学能转化为电能。较具电正性（较活泼）的金属是负极，在那里它被氧化、失去电子形成离子。

这些电子经外部导线流向较不具电正性的金属，即正极，还原在那里发生。因为氧化在一支电极进行、还原在另一支电极进行，电池靠氧化还原反应工作。

电压的大小取决于两种金属在电化学序中的差距：它们电正性的差别越大，产生的电位差越大。这就是为什么镁-铜对给出的读数比锌-铜对更大。

若两支电极用同一种金属，就没有电正性的差别，也就不产生电压。

科学过程技能（试卷三风格）

• 假设。 「两种金属在电化学序中的位置差距越大，电池的电压越高。」要陈述一个可检验的关系。
• 变量。 操纵变量是所用的金属对（它们在电化学序中的分隔距离）；反应变量是电压表的读数；固定变量是电解质的种类与浓度、温度、电极的大小与它们之间的距离。
• 列表记录数据。 用列出金属对、负极、以及读数较大还是较小的表格，好把各对排序。
• 作出推断。 从锌对铜时锌为负极，推断锌比铜更具电正性。
• 操作性定义。 「伏打电池的负极是较具电正性的金属，电子从它经外部导线流出，这里由电压表把锌标为对铜的负极所显示。」

安全须知

• 佩戴安全护目镜，因为稀硫酸有腐蚀性，溅入眼睛会造成伤害。
• 保持两片金属分开，以免电池短路。
• 小心使用砂纸并远离他人，以免碎屑进入眼睛。
• 按指示处置电解质，而不倒进水槽，之后要洗手。

常见错误

• 让两片金属相碰，使电池短路，电压表读不出任何数值。
• 没有清洁金属，使氧化层压低或掩盖读数。
• 用同一种金属做两支电极却指望有电压；两种相同的金属不产生电位差。
• 把电压表接反，错读哪一端是负极。
• 用不同的电解质或浓度来比较各对，使电压的比较不公平。

我们如何协助

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因为在 SPM化学 里，置换、电子转移与电化学序全都指向伏打电池这个归宿，掌握它就把整章氧化还原平衡为试卷二与试卷三串在了一起。