使用鋅–空氣電池教學實驗 驗證法拉第電解定律 作者：Takahiro SHIBATA（柴田隆宏安）and Masahiro KAMATA（鐮田正弘）* 日本東京學藝大學教育學院科學教育學系 *masahirok@nifty.com 譯者：周金城 國立臺北教育大學自然科學教育學系 n  簡介 我們發展一個新的教學實驗來驗證法拉第電解定律（Faraday’s law of electrolysis），使用鋅–空氣PR44電池（zinc-air PR44 batteries）和一個電阻對它們進行放電。雖然PR44電池的輸出電流很小，但是藉由串聯四個PR44電池連接在一起，可以獲得如同使用一顆大的PR2330電池一樣而得到清楚的實驗結果。此外，該裝置不昂貴，且對高中學生來說容易組裝和處理。 法拉第電解定律是指在電解過程中，物質生成的莫耳數與在該電極處轉移的電子的莫耳數成正比，這是在日本高中化學課中學生會學到的單元。在大多數的情況下，會用電解硫酸銅溶液中的銅片來驗證這個定律[1, 2]；然而，這個實驗不僅需要相當量的化學藥品，而且需要數種精密的儀器，例如分析天平、直流電源供應器和直流安培計。此外，學生需要花很長的時間才能獲得定量的數據。 從這觀點來看，我們先前發表一個新的教學實驗，使用四個鋅–空氣PR2330電池與一個電阻（或定電流二極體）組合進行放電 [3]。這個實驗不需要任何的化學藥品，因此不需要廢物處理。此外，這個實驗可以在短時間內完成定量的測量。然而，PR2330電池最初是為了現今已不再使用的傳呼機所製造的，目前已經停產。無法藉由更改電池類型來創造一個替代實驗，因為PR2330電池的輸出電流相當大，目前沒有商業用相當於鋅–空氣PR2330電池。因此，我們開發一個新的實驗，使用不同的結構裝置，用四個較小的PR44電池來替代一個PR2330電池。這個裝置不僅廉價且容易組裝和處理。此外，實驗所獲得的定量數據已能滿足教學所需，就像先前使用PR2330電池進行實驗一樣。 n  實驗 裝置 PR44電池的結構如圖1所示，與我們早期研究的PR2330電池的結構相同。 圖1：鋅–空氣PR44電池（左：塑膠薄片被移除；右：用塑膠薄片蓋住氣孔） 陽極材料是鋅粉並被存放在PR44電池的內部，陰極材料（如MnO2）並沒有被存放在其內部。取而代之，它是使用電池陰極端的數個氣孔所流入的空氣中氧氣。以氫氧化鉀作為電解質，在陽極和陰極的電極反應，分別如式[1]和[2]所示；總反應如式[3]所示： 陽極（氧化）：Zn + 2OH⁻ → ZnO + H₂O + 2e⁻       [1] 陰極（還原）：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻              [2] 總反應：2Zn + O2 → 2ZnO                              […]