電解飽和食鹽水實驗的創(chuàng)新理念分析

1、電解飽和食鹽水實驗的創(chuàng)新理念分析1 、問題提出 江蘇教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書化學 1 的第 40 頁中有如圖 1 所示的電解飽和食鹽水實驗。 該實驗裝置具有能有效收集氣體、檢驗氣體時易操作等優(yōu)點 但其還是未能有效解決下列問題：陰極產(chǎn)生H2量少,進行點燃或爆鳴實驗比較困難 ; 驗證氯氣時 ,Cl2 容易逃逸到空 氣中而污染環(huán)境。筆者認為 ： 電解速率不快 ,H2 量少可能是由兩方面的原因造 成的, 第一, 在 u 型管中電解飽和食鹽水時 , 離子在陰陽兩極 間的遷移距離過長 , 電阻大。同樣的電壓下 , 功率消耗大 , 氣 體生成量少 ; 第二 , 陰極鐵棒浸入溶液部分太短 ,

2、 表面積小 , 不利于氫氣的產(chǎn)生 ; 第三 , 在檢驗 Cl2 性質(zhì)時難以杜絕其泄漏 若用其他裝置收集并吸收尾氣 , 則實驗步驟加多。2、電解飽和食鹽水實驗的改進 基于以上分析 , 電解飽和食鹽水實驗的改進思路為 ： 陰極 和陽極盡可能靠近 , 以縮短離子遷移的距離 , 提高電解的速 率; 將電解產(chǎn)生的氯氣和氫氣封閉在電解器中, 便于收集、教學和減少污染。2.1 實驗儀器、藥品及其裝置簡介儀器：學生直流電源（1套）、碳棒2根（帶橡膠塞,125 X 7 mm、15 x 150 mL試管2根（先在底部打出小孔，D 3 mm這是非常 頁 1 第關鍵的設計 ） 、大燒杯 （1 個） 、自制固定片、洗瓶

3、、火柴、導 線若干等。藥品: 飽和食鹽水、酚酞試劑、淀粉碘化鉀試紙、蒸餾水。 試管底部的小孔用酒精噴燈將其底部加熱至紅熱后用鐵釘 戳制而成 , 由于此時的小孔不規(guī)則 , 需在酒精噴燈上加熱使 其孔徑趨于規(guī)則，制得的孔徑大概在 3 mm左右（實驗過程中 使用的是15150 mL試管,3mm的孔徑大小效果較好，固定片 是一塊面積略大于燒杯的塑料片 , 上面的圓孔制作是先對照 試管的直徑畫出其圓孔的大小 , 再用刻刀沿著畫出的圓孔線 （ 適當縮小 ） 刻出圓孔。由于塑料有定的形變, 當把試管插入小孔的時候 , 即可固定試管 , 再根據(jù)固定片大小最后依次 刻出其他圓孔。2.2 實驗步驟和現(xiàn)象2.2.1

4、 組裝實驗儀器按照圖 2 安裝實驗裝置。安裝過程中應注意 : 要先在底部有 孔的小試管加入飽和食鹽水 , 可以從小孔加入直至完全趕走 空氣, 然后在兩支試管中加入幾滴酚酞 ; 再將兩支試管置于 燒杯中的飽和食鹽水中。2.2.2 接通電源 , 開始電解接通電源 , 控制電壓在 28 V 左右 , 可以觀察到陰陽兩極同時 產(chǎn)生氣體。陰極產(chǎn)生大量小氣泡 (H2), 試管內(nèi)液體逐漸被排 出試管 ,同時無色液體逐漸變成紅色 , 可證明陰極產(chǎn)生 NaOH; 頁 2 第陽極也有大量小氣泡 (Cl2) 生成 ,但試管內(nèi)的液體被排出的 速率不及陰極處試管快。2.2.3 關閉電源 , 觀察氣體當陰極試管中的液體被

5、完全 (大部分 )排出時停止電解 (建議 保留一部分液體 , 便于觀察現(xiàn)象和驗證氣體 ), 此時陽極試管 中大部分是氣體 , 可看到略帶黃綠色。將小試管從固定片中 拿出來 , 讓學生觀察。由于空氣壓力的作用 , 試管中殘留的液 體不會滴下來 , 收集的氣體也不會逃逸。2.2.4 驗證生成的氣體(1) 檢驗氫氣。先點燃酒精燈 , 用手指堵住試管的小孔 , 試管 口靠近酒精燈或點燃的火柴 , 可聽見響亮的爆鳴聲 , 可證明 該氣體是 H2。(2) 檢驗氯氣。同樣用手指堵住小孔 , 試管靠近潤濕淀粉 Kl 試紙, 放開堵孔的手指 , 濕潤的淀粉 Kl 試紙馬上變深藍色或 紫色, 可證明該氣體是 Cl

6、2 ?？捎檬稚嚷剼怏w , 嗅到刺激性氣 味。2.3 對影響電解飽和食鹽水速率條件的探究 本研究假設 , 在新的實驗裝置中影響電解飽和食鹽水速率的 條件有電壓高低和電極間距等。筆者在實驗中針對這兩個問題進行了探索 , 其實驗結(jié)果如下根據(jù)圖 3所示, 不難得到結(jié)論 : 在電解電壓保持不變的情況下 電解時間會隨著兩電極間的距離變化而變化, 表現(xiàn)為當增大頁 3 第兩電極間的距離時 , 需要的電解時間增大 , 電解速率變慢。在 其他條件不變的情況下 , 改變電解電壓時 , 會發(fā)現(xiàn)電壓與電 解時間呈線性關系 , 并且隨著電壓的上升 ,電解所需要的時 間減少 , 電解速率變快。這就為通過以改變電源電壓的方式

7、 來提高電解效率提供了一定的理論依據(jù), 然而,由于實驗中提供的直流電源具有一定額定電壓 , 不可能無限制的改變電 解電壓 , 所以通過以改變電極間距離的方式來提高電解效率 仍然具有定應用價值。3、新電解裝置的運用3.1 電解水實驗 用上述電解飽和食鹽水裝置完成電解水實驗 , 同樣取得成功。 實驗所得氣體生成物收集在底部有孔的小試管中。由于可燃 性氣體的爆炸都存在一個爆炸極限，而實驗所得的H2是純凈 的, 所以爆鳴需要混入一定量空氣?？梢宰尲瘽M氫氣的小試 管小孔朝上暴露在空氣中 , 然后再點燃。3.2 電解 CuCl2 溶液的實驗 在電解 CuCl2 溶液時 , 可以發(fā)現(xiàn)陰極區(qū)有銅生成 , 溶液由藍色 變成黃綠色 , 而陽極區(qū)產(chǎn)生氣體 , 溶液的藍色變淺 , 且微微透 出綠色。如果使用傳統(tǒng)裝置進行實驗 , 無法讓學生觀察到上 述現(xiàn)象 , 但是改進裝置卻能進行直觀教學一一可將小試管直 接從固定片中拿出來供學生觀察 , 不必擔心氯氣泄露。4、本改進實驗裝置優(yōu)點頁 4 第(1) 實驗現(xiàn)象明顯?？梢詫⑿≡嚬軓墓潭ㄆ心贸鰜? 供學生直接