锌铜原电池
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2023年2月20日发(作者：六安皋城中学)探索铜锌原电池实验中硫酸的最佳浓度及不同酸导电能力的比较
许迦南06化三学号：2
（合作者：刘云）
一、实验目的：
1.探索铜锌原电池反应原理实验中硫酸的最佳浓度；
2.探索比较相同氢离子浓度下HNO3、HCl、HAc、H2SO4的导电能力；
3.熟悉原电池的操作，掌握其中的实验技巧。
二、实验原理：
原电池是化学能转化为电能的装置。把锌板和铜板平行放入盛有稀硫酸的烧
杯里，用连有电流计的导线连接两极时，可以观察到三个重要的现象：锌片溶解，
铜片上有气体逸出，导线中有电流通过。透锌电极发生的电极反应式是：
锌片Zn－2e-＝Zn2＋（氧化反应）
锌失去的电子沿导线经电流计流入铜片，溶液里的在铜电极上得到电子变为氢原
子，进而结合为氢分子，铜电极发生的电极反应式是：
铜片2H＋＋2e-=H2↑（还原反应）
由于在锌、铜两个电极上不断发生的氧化还原反应，使化学能转变为电能。
锌片是给出电子的一极，是电池的负极，铜片是电子流入的一极，是电池的正极。
电流的方向同电子流的方向相反，从正极铜流向负极锌。因此电路中有电流产生，
我们用电流计测量碘量中电流的大小从而得到最佳的硫酸的浓度。电流最大者，
硫酸浓度最佳。
同理，通过测量不同酸中的电流也可以比较出相同氢离子浓度下HNO3、HCl、
HAc、H2SO4的导电能力的大小，电流越大，导电能力越强。
图1Cu—Zn原电池的原理分析
图２Cu—Zn原电池的微观原理分析
三、实验用品：
【仪器与材料】
烧杯（250ml、100ml）各1个量筒（100ml）1个
滴管1支玻璃棒1支
滤纸若干铜导线若干
铜片（2cm*5cm）2片锌片（2cm*5cm）2片
电流表1个
【药品】
浓硫酸、稀硝酸（6mol/L）、盐酸（6mol/L）、醋酸（6mol/L）
四、实验装置：
五、实验步骤：
1.检查药品、仪器是否完备；
2.如装置图3组装好实验装置，并检查是否正确安装；
3.向100ml的烧杯中加入80ml浓硫酸，组成原电池，待电流表读数稳定后读取
电流表读数；
4.取出Zn、Cu电极，从烧杯中取出浓硫酸32ml，并加入32ml水，搅匀，插入
电极，搅拌，待电流表读数稳定后读取电流表读数；
5.同步骤4依次从烧杯中取出硫酸溶液13.3ml，16ml，20ml，26.7ml，40ml，
并加入相应的取水量的水，搅匀，插入电极，搅拌，待电流表读数稳定后读取电
流表读数；
6.清洗烧杯，用10ml左右的稀硫酸（0.5mol/L）润洗，然后倒入80ml此稀硫
酸，用剩余的此浓度的硫酸清洗电极，插入电极于烧杯中，搅拌，待电流表读数
稳定后读取电流表读数；
7.剩余的酸均按步骤7操作，并记录数据；
8.清洗仪器，回收药品，清理桌面；
9.实验报告，数据处理，实验小结与反思。
六、数据处理：
表一、硫酸最佳浓度探究
硫酸体积/%1浓硫酸
浓度/mol·L-11.883.765.647.519.4011.2818
电流/mA2.54.510.219.53624.50
表二、相同浓度下HNO
3
、HCl、HAc、(1/2H
2
SO
4
)的导电能力
酸HNO3HClHAcH2SO4
浓度/mol·L-16663
电流/mA2.518.53.52.5
备注变为浅绿色溶
液，有刺激性
气味气体生成
此浓度下的盐
酸有挥发性
电流表读数缓
慢降低
【说明】浓硫酸比重为1.84，百分含量为98%，浓度为18mol/L。计算方法：
c=1000ρw/M=1000*1.84*98%/98=18。其他配比的硫酸浓度计算方法相
同。
【结论】原电池中硫酸溶液的最佳配比为浓H2SO4：H2O=3:2，此时产生最大电流。
相同浓度下HNO
3
、HCl、HAc、(1/2H
2
SO
4
)的导电能力HCl最强。
七、实验讨论
“如果没有好奇心和纯粹的求知欲为动力，就不可能产生那些对社会和人类
具有巨大价值的发明创造。”本探究实验的内容是根据现行高中化学试验修订本
第二册第四章第四节的内容，对原电池实验进行扩展探究。本实验的设计融合了
氧化还原反应、金属的性质、电解质溶液等知识，并彼此结合、渗透，期待在教
学过程中引入，在学生学习完原电池的知识后，引导学生探索铜锌原电池反应原
理实验中硫酸的最佳浓度，比较相同氢离子浓度下HNO3、HCl、HAc、H2SO4的导
电能力，并通过小组讨论作出相应的解释，熟悉原电池的操作，掌握其中的实验
技巧。进一步培养学生利用实验发现问题、探究问题、解决问题的能力。现将我
在实验过程中的观察和思考归纳如下。
首先，观察到铜片和锌片上都有气泡产生。按书本【实验3－9】的要求实
验室很容易做成原电池，产生的实验现象正如教材上所说的铜片上有气泡产生。
实际上锌片上也有气泡产生。但仔细观察书本图示，发现锌片上没有任何气泡而
铜片上出现大量的气泡，难道该图画错了？不是的，图表示的是在理想条件下
Cu－Zn原电池的反应情况，而实际实验中锌片上之所以也产生H2，主要原因有：
实验所用的锌片不纯，使得整片锌浸入稀硫酸中时其表面已形成许许多多的原电
池；Zn片和Cu片之间电阻较大，Zn上的电子难以转移到Cu片上；有部分实验
所用的硫酸溶液浓度过高。根据参考文献,在锌电极上同时存在锌电极溶解反应
(即Zn-2e→Zn2+)与氢离子形成氢气反应(即2H++2e→H2)的竟争。前者是
由于锌本身的活泼性而使得锌溶解变成离子;而后者则是由于氢离子具有氧化性
捕获滞留在锌表面的电子所致。如果实验条件掌握得好,如外电路中电阻较小,
铜电极表面较粗糙,使得氢离子在铜电极表面能很快获得电子形成氢气,从而使
在锌电极表面的电子能迅速转移到铜电极上。这样氢离子在锌电极表面获得电子
的可能性减小,锌电极表面就难产生气泡。但是,要使锌电极表面一点气泡都没有,
即氢离子在锌电极表面一个电子也捕获不到从而不能形成氢气,这几乎也是不可
能的。
从表一的实验结果可看出,随着硫酸溶液浓度的增加,两电极上反应加剧,对
外供给的电流增大。但在Zn负极上始终有气泡产生,而且也随硫酸浓度增大而增
多。当硫酸浓度达60%以上时,由于浓硫酸的强氧化性,而使Zn表面产生致密氧
化层,两极反应停止。从表二看出，相同浓度下HNO
3
、HCl、HAc、(1/2H
2
SO
4
)的
导电能力HCl最强。HNO
3
为电解液，观察到物色溶液变为浅绿色溶液，有刺激
性气味气体生成，这是因为硝酸有氧化性。按常理，醋酸为弱电解质，溶于水时，
分子中只有一部分成水合离子，另一部分还是以醋酸分子的形式存在，故电流应
较小，但实验中却比硫酸（强电解质）的导电能力强，分析原因，应是反应条件
不平行，例如温度、电极与电解液接触面积，电极距离等。
另外，还可设计以下探究性实验，供学生按兴趣选择，丰富课堂教学。
1.如图所示安装简单实验装置，在盛有烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一
根绝缘的细线，使之平衡，小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。
【分析】这是一个典型的原电的装置图，铁做负极，变为Fe2+进入溶液中；
银做为正极，Cu2+得电子变为Cu而附着在银圈上。导致铁圈质量降低，银圈质
量增加，银圈向下倾斜。
2.银器里日久表面逐渐变黑，这是由于生成硫化银（Ag2S）的缘故，学生可设
计了如下方法加以除：将一定浓度的食盐水放入一个铝制容器中，再将变黑的
银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色褪去而银不会损失。
【分析】铝做负极，Ag2S做为正极。正极电极反应为Ag2S+2e2Ag+S2－，
负极发生的化学反应应为Al－3eAl3+，而Al3+与S2－在水浓液相遇恰发生彻
底的双水解反应2Al3++3S2－2Al(OH)3↓+3H2S↑，这个反应在电池总反应中应
有所体现。
3.取长的Al片、Mg片各一片，分别固定于一块塑料板上，将Mg片用导线与教
学电流计的“—”极相接，Al片与“+”极相接。取两个烧杯，分别注入稀硫酸
和氢氧化钠溶液。先将Mg、Al插入稀硫酸中观察电流计指针偏向，判断电极，
将稀硫酸烧杯换成氢氧化钠溶液的烧杯，重复上述实验，观察电流计指针偏向，
判断电极。
【分析】金属Mg、Al在酸性溶液中Mg的活动性强于Al，在强碱性溶液
中Al的活动性强于Mg，当它们分别在稀硫酸和烧碱溶液中形成原电池时电极
应相反，外界导线上产生的电流也就相反。
和Cu、浓HNO3进行原电池实验时，往烧杯中逐渐加水，观察电流计指针
的变化。
八、参考文献：
[1]李广洲,陆真.化学教学论实验.北京:科学出版社,1999.7
[2]肖常磊,钱扬义.中学化学实验教学论.北京:化学工业出版社,2007.9
[3]王春.关于原电池的原理及形成条件的探究教学设计.课例解释.
2007:54～56
[4]吴俊明.中学化学实验研究导论.江苏：江苏教育出版社，1999.12
[5]原电池装置图/images?hl=zh-CN&q=%E5%8E%9
F%E7%94%B5%E6%B1%A0%E8%A3%85%E7%BD%AE%E5%9B%BE&rlz=1W1GPCK_zh-CN&u
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