国中组高中职组成果报告表单本研究主旨在探讨干-2016全国科学.PDF

【2016 全國科學探究競賽-這樣教我就懂】 國中組、高中職組 成果報告表單 隊名: f1 指導老師: 張碧鳳 組員: 李彥緯、利承昕、洪至寬 主題名稱：乾電池復活 摘要： 本研究主旨在探討乾電池加不同濃度的NaCl ( aq )後恢復電力之差別 。結 果發現：濃度較高的NaCl( aq ) 成功機率較高 ，恢復電力也較高。 探究題目與動機 有一次下課時間無聊，便將電池玩到沒電，突然想到理化課學到 NaCl ( aq ) 可導電，突發 奇想將食鹽水灌入廢電池，發現電恢復了，便著手進行調查，發現並不是每次皆能成功，上 網查了一下，發現真有其事，經過種種實驗的啟發 ，這趟旅程變成了「乾電池的復活之旅」。 探究目的與假設 我們上網查後發現電池中的化學反應停止導致電池沒電，NH4 Cl 反應完，所以用 NaCl 取代 之，因此我們設計了不同濃度的鹽水並提出假設。 探究方法與驗證步驟 碳鋅電池的容器是一個鋅罐。裡面有一層由 NH Cl 和ZnCl 所構成的糊狀液體，這個 4 2 糊狀液體通過一個紙層與粉末狀的碳和二氧化錳隔開。這些粉末填充在一個碳棒的周圍。 碳鋅電池的橫截面 1 ：金屬帽（+ ），2 ：石墨棒（正極），3 ：鋅外殼（負極），4 ：二氧化錳，5 ：潮濕的氯化銨 1 糊狀液體（電解質），6 ：金屬末端（- ） 在這個乾電池裡，最外層的鋅是電池的負極。在半反應中，鋅被氧化，如下式所示： Zn(s)→ Zn2+(aq) + 2 e− 一個由粉末狀碳和二氧化錳所圍繞的石墨棒作為正極。其中，二氧化錳和碳粉混合是為了增 加正極的導電性。陰極反應如下圖所示： 2MnO + 2 H+ + 2 e− → Mn O + H O 2(s) (aq) 2 3(s) 2 (l) + + H 來自於 NH : 4 (aq) NH + → H++ NH 4 (aq) 3(aq) 產生的 NH3 可以與Zn2+結合。 在整個半反應中，錳的氧化態由+4 被還原到了+3 。 儘管很多副反應也可能發生，但鋅碳電池的總反應還是可以由下式表示： Zn + 2 MnO + 2 NH + → Mn O + Zn(NH ) 2+ (s) 2(s) 4 (aq) 2 3(s) 3 2 (aq) 碳鋅電池的電動勢大約是 1.5V 。電動勢的不確定是由於陰極反應十分複雜，相比來說，陽極 反應（鋅端）則有一個已知的電勢。副反應及活性反應物的消耗直接導致電池的內阻增加， 電池電動勢降低。 氧化半反應： Zn→Zn2+ +2e- 還原半反應： + - 2NH +2e →H +2NH 4 2 3 2MnO +H →Mn O +H O 2 2 2 3 2 + - Zn +2NH +2Cl →Zn(NH ) Cl 2 3 3 2 2 2 總反應 ：Zn+2MnO +2NH Cl→Zn(NH ) Cl +Mn O +H O 2 4 3 2 2 2 3 2 所以尤其中得知不能進行化學反應的主要原因是電糊乾了，NH Cl 不能與鋅繼 4 續起作用了，或者是由於 NH Cl 少了的緣故。 4 針對以上原因，我們可以讓電池再復活。辦法是：在乾電池的底部(負極)用鐵 釘打孔，孔要打在負