在擺滿各種實(shí)驗(yàn)器材與化學(xué)試劑的實(shí)驗(yàn)室里,齊詭帶著元湘薇開(kāi)啟了一場(chǎng)探索原電池原理的奇妙之旅。陽(yáng)光透過(guò)窗戶,灑在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,映照著各種玻璃儀器,閃爍著迷人的光芒。
齊詭拿起一塊鋅片和一塊銅片,向元湘薇展示,說(shuō)道:“湘薇,今天我們來(lái)探究原電池的原理。原電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置,它在我們生活中的應(yīng)用極為廣泛,像各種電池都離不開(kāi)這個(gè)原理?!痹孓毖壑袧M是好奇與期待,緊緊盯著齊詭手中的金屬片。
齊詭開(kāi)始組裝實(shí)驗(yàn)裝置,他將鋅片和銅片平行插入一個(gè)盛有稀硫酸溶液的燒杯中,并用導(dǎo)線將鋅片和銅片連接起來(lái),中間還接入一個(gè)靈敏電流計(jì)。元湘薇好奇地湊近觀察,只見(jiàn)電流計(jì)的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。齊詭笑著解釋道:“你看,電流計(jì)指針動(dòng)了,這說(shuō)明有電流產(chǎn)生。在這個(gè)原電池裝置中,鋅比銅活潑,鋅原子失去電子變成鋅離子進(jìn)入溶液,電子則通過(guò)導(dǎo)線流向銅片。”
元湘薇疑惑地問(wèn)道:“齊詭,為什么電子會(huì)流向銅片呢?”齊詭耐心地回答:“這是因?yàn)殂~片周圍的溶液中有氫離子,電子流到銅片后,氫離子在銅片表面得到電子,生成氫氣。這個(gè)過(guò)程中,化學(xué)能就轉(zhuǎn)化為了電能。我們可以把它想象成一場(chǎng)電子的‘接力賽’,鋅片是電子的‘出發(fā)站’,銅片是電子的‘終點(diǎn)站’,而溶液就是電子‘接力賽’的‘跑道’?!?/p>
為了讓元湘薇更清楚地理解,齊詭又詳細(xì)講解了電極反應(yīng)式:“在鋅片這一極,也就是負(fù)極,發(fā)生的反應(yīng)是 Zn - 2e? = Zn2?,鋅原子失去兩個(gè)電子變成鋅離子。而在銅片這一極,也就是正極,發(fā)生的反應(yīng)是 2H? + 2e? = H?↑,氫離子得到電子生成氫氣。這兩個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行,就構(gòu)成了一個(gè)完整的氧化還原反應(yīng),也是原電池產(chǎn)生電流的基礎(chǔ)。”
元湘薇一邊聽(tīng)一邊思考,腦海中逐漸構(gòu)建起原電池工作原理的清晰圖像。她說(shuō)道:“齊詭,我好像明白了,原電池就是通過(guò)氧化還原反應(yīng),讓電子定向移動(dòng)產(chǎn)生電流。”齊詭贊許地點(diǎn)點(diǎn)頭:“非常正確,湘薇。而且不同的金屬組合,以及不同的電解質(zhì)溶液,都會(huì)影響原電池產(chǎn)生電流的大小和穩(wěn)定性。我們?cè)賮?lái)做一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)?!?/p>
齊詭又拿出鎂片和鋁片,分別替換鋅片和銅片,同樣連接好裝置并插入另一個(gè)盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中。元湘薇看到電流計(jì)指針再次偏轉(zhuǎn),而且偏轉(zhuǎn)幅度與剛才的實(shí)驗(yàn)有所不同。齊詭解釋道:“你看,這次我們更換了金屬和電解質(zhì)溶液,原電池的性能就發(fā)生了變化。鎂比鋁活潑,在氫氧化鈉溶液中,鎂失去電子,電子通過(guò)導(dǎo)線流向鋁片,鋁片周圍溶液中的水得到電子生成氫氣。這說(shuō)明原電池的原理雖然相同,但具體的反應(yīng)和效果會(huì)因材料和條件的改變而不同?!?/p>
通過(guò)齊詭生動(dòng)形象的講解和一系列實(shí)驗(yàn)演示,元湘薇深入理解了原電池的原理。她感受到了化學(xué)與電學(xué)之間奇妙的聯(lián)系,也體會(huì)到了科學(xué)探究的樂(lè)趣。在齊詭這位良師的引導(dǎo)下,元湘薇在化學(xué)知識(shí)的海洋里不斷暢游,探索著更多未知的奧秘。