《検証実験》
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[第１回　ダニエル電池作成と起電力測定]10/19(THU)
【目的】
ダニエル電池を作り、電池の原理について調べる。
【準備】
0.2mol/l CuSO4aq, 0.2mol/lZnSO4aq, 銅板, 亜鉛板, 電圧計, 透析チューブ, 電子オルゴール

【操作】

�@0.2mol/l CuSO4aq, 0.2mol/l ZnSO4aqを用意する。

�A12cmに切った透析チューブの片側を結び、その中に0.2mol/l CuSO4aqを入れる。

�B300mlビーカーに0.2mol/lZnSO4aqを入れる。

�C�Aに銅板を、�Bに亜鉛板を挿入する。

�Dみの虫クリップ付き導線をそれぞれの金属板に接続し、電圧計とも接続する。

�E起電力を測定する。

�F電圧計の代わりに電子オルゴールを設置し、電流が流れているかを確認する。

【結果】

�E起電力は1.1vあった。これは資料集に載っている値と同じである。

�F電子オルゴールはちゃんと起動した。

→ダニエル電池作成成功！！

［←ダニエル電池］

【感想】

・自分たちで作成した電池で音が鳴ったことと、資料集の起電力の数値と同値がでたことがうれしかった。by YN

・CuSO4aqの青色がとてもきれいだった。西村先生の"溶液濃度は0.2mol/lが良い"という適当な予想が見事に当たって、"さすが、年の功"(笑)と思いました。by SW



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[第２回　ダニエル電池と同じ構造で金属をかえ起電力測定]10/26(THU)

【目的】

ダニエル電池と同じ構造で、イオン化傾向の異なる金属を用いてそれぞれの起電力を測定する。

【準備】

0.2mol/l CuSO4aq, 0.2mol/l ZnSO4aq, 0.2mol/l Al2(SO4)3aq, 0.2mol/l NiSO4aq, 銅板, アルミニウム板, ニッケル板, 電圧計, 透析チューブ

［←左から0.2mol/lのZnSO4aq、Al2(SO4)3aq、NiSO4aq、CuSO4aq］

【操作】

�@CuSO4aqを透析チューブに入れ、銅板と電圧計を設置し、ダニエル電池と同じ構造をつくる。

�AZnSO4aq, 亜鉛板の代わりに0.2mol/l Al2(SO4)3aq, アルミニウム板を用意、設置し、起電力を測定する。

�B同様にNiSO4aq, ニッケル板でも測定する。

【結果】

ZnSO4aqとAl板→起電力　0.2v

ZnSO4aqとNi板→起電力　0v

Al2(SO4)3aqとAl板→起電力　0.3v

NiSO4aqとNi板→起電力　0.1v

【感想】

・思ったほどの起電力の差が結果にでなかったのが残念だった。by YN

・保存していたCuSO4aqの濃度が変化していたらしく、もう一度やり直したのが時間の無駄だった。by SW

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[第３回　続・ダニエル電池と同じ構造で金属をかえて測定およびCuSO4aq, Al2(SO4)3aqの濃度をかえて起電力の変化観察]11/9(THU)

【目的】

第2回実験において、Al板を磨いていなかったため、表面を磨き再実験する。CuSO4aq濃度を0.4mol/l, 0.04mol/l, 0.01mol/lにかえて起電力を測定する。

【準備】

CuSO4aq, ZnSO4aq, Al2(SO4)3aq, 銅板, 亜鉛板, アルミニウム板

【操作】

�@Al板を洗浄後、表面を紙やすりで磨く。

�A0.2mol/l Al2(SO4)3aq, 0.2mol/l CuSO4aq, Cu板, Al板, をダニエル電池と同じ構造で設置し,起電力を測定する。

［←磨いたAl板での起電力測定］

�BAl2(SO4)3aq濃度を0.4mol/l, 0.04mol/l, 0.01mol/l, にかえて起電力を測定する。

［←0.40(左上)、0.04(右上)、0.01(左下)mol/lのAl2(SO4)3aqでの実験］

�Cダニエル電池を作成する。

�DCuSO4aq濃度を0.4mol/l, 0.04mol/l, 0.01mol/l, にかえて起電力を測定する。



［↑左から0.04、0.20、0.40、0.01mol/lのCuSO4aq］

【結果】

�@�A起電力は0.4vだった。紙やすりをかけてもあまり変化は見られなかった。

�BAl2(SO4)3aqでは0.4mol/l,0.04mol/l,0.01mol/l,のどの濃度も起電力は0.3vだった。

�DCuSO4aqでは0.4mol/l,0.04mol/l,0.01mol/l,のどの濃度も起電力は1.1vだった。

【考察】

�@�A紙やすりをかける前と後で起電力に変化がみられなかったのは、磨く以前のAl板が磨いたもの同様にきれいな状態であったため、と考えられる。

【感想】

・金属の表面を磨いたり、溶液濃度をかえたりしたものの起電力に大きな差がみられなかったのは残念だった。by YN

・濃度が変わっても起電力が変化しなかったのが残念だった。by SW

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［第４回　市販のマンガン乾電池分解およびルクランシェ電池・屋井先蔵の電池・マンガン乾電池作成］11/16(THU)

【目的】

電池の歴史に倣い、ダニエル電池を改良し、起電力が大きい電池を作成する。

【準備】

二酸化マンガン、炭素粉末（黒鉛末）、塩化アンモニウム、20％塩化アンモニウム、炭素棒、活性炭、亜鉛版、パラフィン、ビーカー（300ml）、透析チューブ、ガラス棒、電子オルゴール、豆電球、乳鉢、濾紙、市販のマンガン乾電池、ペンチ、軍手、新聞紙

【操作】

�T.市販のマンガン乾電池分解

�@市販のマンガン乾電池を1個用意し、ケガ防止のため軍手を着用する。また汚れないように新聞紙をひく。

�Aペンチを用いて分解する。

［←マンガン乾電池分解中］

［←分解したマンガン電池］

�U.ルクランシェ電池作成

�@二酸化マンガンの粉末と炭素粉末とを重量比で1:2の割によくまぜた粉末を作る。

�A混合粉末を乳鉢に入れ、20％塩化アンモニウム溶液を少量加えて、粉末がしめる程度によくねりあわせる。

�B�Aの合剤を炭素棒を中心にたてた透析チューブにつめこむ。（できるだけかたく）

［←炭素棒と合剤］

�C亜鉛版を透析チューブにそってまるめ、両者を20％塩化アンモニウム溶液中に対立させて入れる。

�D炭素棒の先端および亜鉛版をそれぞれ電圧計の陽極と陰極につなぎ、起電力を測定する。

�E電子オルゴール、豆電球をそれぞれつなぎ、電流の有無を確認する。

�V.屋井先蔵の電池作成

�@炭素棒をパラフィンの中に浸しておく。

［←パラフィンに浸る炭素棒］

�A�Uで作成したルクランシェ電池の炭素棒を�@のパラフィンをしみこませた炭素棒にかえる。

�B�Uの�D、�Eに同じ。

�W.マンガン乾電池作成

�@�Tで分解した市販のマンガン乾電池より得た亜鉛かんを水でよく洗って乾燥する。

�A亜鉛かんに、20％塩化アンモニウム溶液をよくしみこませた濾紙を、底とまわりに内側よりはりつける。

�B亜鉛かんの中心に炭素棒をたて、そのまわりに二酸化マンガン25g、炭素粉末30g、塩化アンモニウムの結晶7gをよくまぜた混合粉末に、20％塩化アンモニウム溶液8mlを加えてよくねった合剤をガラス棒でつつきながら、できるだけかたくつめこむ。（合剤は亜鉛かんの容積の90％位までかたくつめこむ。）

�C濾紙を円形に切り中心に炭素棒が通る穴をあけ、20％塩化アンモニウム溶液をしみこませて、上部よりおしつけて合剤の上をおおう。

�D残りの空間に溶融したパラフィンを流し込み、封じ込む。

［←作成したマンガン乾電池(上)(横)］

�E�Uの�D、�Eに同じ。(ページ下のビデオ参照)

【結果】

�U.ルクランシェ電池の起電力は1.5vだった。これは資料による起電力と同値である。

［←ルクランシェ電池と電圧計］

�V.屋井先蔵の電池の起電力は1.5vだった。これは資料による起電力と同値である。

［←屋井先蔵の電池と電圧計］

�W.マンガン乾電池の起電力は1.3vだった。資料による起電力1.5vよりも小さい値となった。

［←マンガン乾電池と電圧計］

【考察】

�W.マンガン乾電池の起電力が資料による起電力より小さくなったのは、炭素棒と二酸化マンガンとの間に隙間ができていたからだ、と考えられる。もっと二酸化マンガンをかたく詰め込むか、または隙間をなくすようにパラフィンを注意して流し込むと良かったと思われる。

【反省】

�U.�V.ルクランシェ電池と屋井先蔵の電池の違いは炭素棒にパラフィンをしみこませたかいないかだけである。これはルクランシェ電池を長持ちさせるために屋井先蔵が考案した。今回の実験では本当に屋井先蔵の電池の方がルクランシェ電池より長持ちするかを確認することができなかった。

【感想】

・電池の歴史を実感しながら実験を行えた。また普段使用しているマンガン乾電池の構造やそれが自分たちで作成できることに感動を覚えた。今後、機会があれば現代に使用されている電池の構造、しくみを理解し、作成できるようならばしてみたいと思う。by YN

・ルクランシュ電池は、発見当時は電解液が漏れてしまうことなどが原因で、日常生活ではあまり活躍できず「失敗作」として扱われていた。しかし、こうして実際に自分たちで作ってみると資料を見てやり方を確認しながらやっていてもなかなか大変な作業で、この電池を試行錯誤しながら作ったルクランシュの偉大さに気づかされた。by SW

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［第５回　鉛蓄電池作成と起電力測定］11/21(TUE)

【目的】

電池の歴史に倣い、ダニエル電池より改良された電池を作成、観察する。

【準備】

200mlビーカー、鉛板２枚、直流電源、2.0mol/l希硫酸、電子オルゴール、豆電球、紙ヤスリ、ストロー、輪ゴム

【操作】

�@鉛板の両側を、目の荒い紙ヤスリでこすり鉛板の表面積を広くする。

�A２枚の鉛板を上下の端にストローをはさんで、輪ゴムで縛る。

�B�Aを希硫酸を入れたビーカーに入れ、結線する。

�C直流電源から0.5Aくらいの電流を約10分間流す。この電解が電池の充電である。

［←鉛蓄電池と直流電源］

�D電解中の気体の発生、両電極の色の変化を観察する。

�E10分経過したら電源のスイッチを切って、電圧計を読む。

�Fその後電子オルゴール、豆電球もつなげてみる。

［←点灯した豆電球］

【結果】

�D発生した気体は水素である。また電極の色は正極側の色が茶色っぽく変化した。

［←色が変化した正極］
�E起電力は2vだった。これは資料と同値である。
［←鉛蓄電池と電圧計］
【反省】
時間の関係上、電圧の変化を記録できなかった。また、正極・負極を交互にかえて充電の原理を観察することができなかった。
【感想】
・歴史に沿って電池を作成してきたが、起電力の増加などをみていると電池の改良に取り組んできた学者たちの苦労や努力が感じられ、実験に対する充実感を味わえた。by YN
・資料を見ながら電池を作成したが、その中には充電した電池の起電力はすぐに落ちてしまうといった記載が見られたが、意外に起電力はさがらなかったことに驚きを感じた。by SW
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ビデオ←これを見なくちゃ成仏できないよ！！！笑
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