电解饱和食盐水实验的创新理念分析

1、电解饱和食盐水实验的创新理念分析1 、问题提出 江苏教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书化学 1 的第 40 页中有如图 1 所示的电解饱和食盐水实验。 该实验装置具有能有效收集气体、检验气体时易操作等优点 但其还是未能有效解决下列问题：阴极产生H2量少,进行点燃或爆鸣实验比较困难 ; 验证氯气时 ,Cl2 容易逃逸到空 气中而污染环境。笔者认为 ： 电解速率不快 ,H2 量少可能是由两方面的原因造 成的, 第一, 在 u 型管中电解饱和食盐水时 , 离子在阴阳两极 间的迁移距离过长 , 电阻大。同样的电压下 , 功率消耗大 , 气 体生成量少 ; 第二 , 阴极铁棒浸入溶液部分太短 ,

2、 表面积小 , 不利于氢气的产生 ; 第三 , 在检验 Cl2 性质时难以杜绝其泄漏 若用其他装置收集并吸收尾气 , 则实验步骤加多。2、电解饱和食盐水实验的改进 基于以上分析 , 电解饱和食盐水实验的改进思路为 ： 阴极 和阳极尽可能靠近 , 以缩短离子迁移的距离 , 提高电解的速 率; 将电解产生的氯气和氢气封闭在电解器中, 便于收集、教学和减少污染。2.1 实验仪器、药品及其装置简介仪器：学生直流电源（1套）、碳棒2根（带橡胶塞,125 X 7 mm、15 x 150 mL试管2根（先在底部打出小孔，D 3 mm这是非常 页 1 第关键的设计 ） 、大烧杯 （1 个） 、自制固定片、洗瓶

3、、火柴、导 线若干等。药品: 饱和食盐水、酚酞试剂、淀粉碘化钾试纸、蒸馏水。 试管底部的小孔用酒精喷灯将其底部加热至红热后用铁钉 戳制而成 , 由于此时的小孔不规则 , 需在酒精喷灯上加热使 其孔径趋于规则，制得的孔径大概在 3 mm左右（实验过程中 使用的是15150 mL试管,3mm的孔径大小效果较好，固定片 是一块面积略大于烧杯的塑料片 , 上面的圆孔制作是先对照 试管的直径画出其圆孔的大小 , 再用刻刀沿着画出的圆孔线 （ 适当缩小 ） 刻出圆孔。由于塑料有定的形变, 当把试管插入小孔的时候 , 即可固定试管 , 再根据固定片大小最后依次 刻出其他圆孔。2.2 实验步骤和现象2.2.1

4、 组装实验仪器按照图 2 安装实验装置。安装过程中应注意 : 要先在底部有 孔的小试管加入饱和食盐水 , 可以从小孔加入直至完全赶走 空气, 然后在两支试管中加入几滴酚酞 ; 再将两支试管置于 烧杯中的饱和食盐水中。2.2.2 接通电源 , 开始电解接通电源 , 控制电压在 28 V 左右 , 可以观察到阴阳两极同时 产生气体。阴极产生大量小气泡 (H2), 试管内液体逐渐被排 出试管 ,同时无色液体逐渐变成红色 , 可证明阴极产生 NaOH; 页 2 第阳极也有大量小气泡 (Cl2) 生成 ,但试管内的液体被排出的 速率不及阴极处试管快。2.2.3 关闭电源 , 观察气体当阴极试管中的液体被

5、完全 (大部分 )排出时停止电解 (建议 保留一部分液体 , 便于观察现象和验证气体 ), 此时阳极试管 中大部分是气体 , 可看到略带黄绿色。将小试管从固定片中 拿出来 , 让学生观察。由于空气压力的作用 , 试管中残留的液 体不会滴下来 , 收集的气体也不会逃逸。2.2.4 验证生成的气体(1) 检验氢气。先点燃酒精灯 , 用手指堵住试管的小孔 , 试管 口靠近酒精灯或点燃的火柴 , 可听见响亮的爆鸣声 , 可证明 该气体是 H2。(2) 检验氯气。同样用手指堵住小孔 , 试管靠近润湿淀粉 Kl 试纸, 放开堵孔的手指 , 湿润的淀粉 Kl 试纸马上变深蓝色或 紫色, 可证明该气体是 Cl

6、2 。可用手扇闻气体 , 嗅到刺激性气 味。2.3 对影响电解饱和食盐水速率条件的探究 本研究假设 , 在新的实验装置中影响电解饱和食盐水速率的 条件有电压高低和电极间距等。笔者在实验中针对这两个问题进行了探索 , 其实验结果如下根据图 3所示, 不难得到结论 : 在电解电压保持不变的情况下 电解时间会随着两电极间的距离变化而变化, 表现为当增大页 3 第两电极间的距离时 , 需要的电解时间增大 , 电解速率变慢。在 其他条件不变的情况下 , 改变电解电压时 , 会发现电压与电 解时间呈线性关系 , 并且随着电压的上升 ,电解所需要的时 间减少 , 电解速率变快。这就为通过以改变电源电压的方式

7、 来提高电解效率提供了一定的理论依据, 然而,由于实验中提供的直流电源具有一定额定电压 , 不可能无限制的改变电 解电压 , 所以通过以改变电极间距离的方式来提高电解效率 仍然具有定应用价值。3、新电解装置的运用3.1 电解水实验 用上述电解饱和食盐水装置完成电解水实验 , 同样取得成功。 实验所得气体生成物收集在底部有孔的小试管中。由于可燃 性气体的爆炸都存在一个爆炸极限，而实验所得的H2是纯净 的, 所以爆鸣需要混入一定量空气。可以让集满氢气的小试 管小孔朝上暴露在空气中 , 然后再点燃。3.2 电解 CuCl2 溶液的实验 在电解 CuCl2 溶液时 , 可以发现阴极区有铜生成 , 溶液由蓝色 变成黄绿色 , 而阳极区产生气体 , 溶液的蓝色变浅 , 且微微透 出绿色。如果使用传统装置进行实验 , 无法让学生观察到上 述现象 , 但是改进装置却能进行直观教学一一可将小试管直 接从固定片中拿出来供学生观察 , 不必担心氯气泄露。4、本改进实验装置优点页 4 第(1) 实验现象明显。可以将小试管从固定片中拿出来, 供学生直接