电解饱和食盐水的创新装置-《化学教学》(2016年7期).docx

龙源版权所有 电解饱和食盐水的创新装置作者：窦卓来源：《化学教学》2016年第07期 摘要：对教材中电解饱和食盐水装置进行改进，设计价格低廉的仪器，使实验现象更明显、检验气体方法更绿色环保、实验更容易成功。将阳离子交换膜引进高中课堂，使定性实验提升到定量实验，电解后生成的H2、Cl2吸附在电极上，构成氢、氯燃料电池，启动二极管发光。该装置还能用于电解其他溶液。 关键词：电解；饱和食盐水；电解装置；阳离子交换膜；燃料电池 文章编号：1005–6629（2016）7–0050–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 1 问题的提出 电解饱和食盐水实验是高中电化学部分一个非常重要的实验，其在鲁科版教材[1]中使用的装置如图1所示，笔者通过多次教学实践发现此套装置有一些欠妥之处。 第一，此装置在U型管两侧均设有支管，产生的H2中会混入空气，进行点燃或爆鸣时不易成功；第二，实验时有Cl2外逸，对环境有污染；第三，此装置只能定性检验两极产生的气体，不能定量测试H2、Cl2气体的体积；第四，电极间的距离较大，影响电解速率；第五，由于阴极产生的NaOH会扩散到阳极区域与Cl2反应，导致部分产物发生变化；第六，学生没有亲眼看到教材上提及的隔膜的作用，导致学生对此缺少感性认识，也不利于学生对该部分内容的理解和掌握。综上所述，有不少教师对该实验进行了大胆改进。 陈达[2]老师的改进装置选用了排水法收集气体（如图2）。此法便于收集气体、有效减少了污染；在试管底部戳一个直径约为3mm的小孔，便于检验操作时，H2从试管底部小孔集中扩散出来，容易点燃；Cl2逸出量少，湿润的淀粉碘化钾试纸会变成深蓝色，污染小；还可以将小试管从固定片中取出，供学生近距离观察，气体不会泄漏。 但该装置在制作时存在一些困难：试管底部的小孔要用酒精喷灯烧至红热，然后用铁钉戳制而成，耗时耗能；得到的孔径可能大小不一，易导致试管破裂浪费；小孔虽利于气体的检验，但是也增大了电阻，需要用28V的电压才能实现明显的实验效果，消耗了更多的电能，而且大多数学校用的学生电源都不高于16V，不便于学生分组实验和普及使用。 成向前[3]等老师直接使用注射器代替上述底部有小孔的试管（如图3），无需再烧制小孔，收集到的气体纯净；注射器的活塞可以移动，检验气体时，推动活塞，就可慢慢将气体赶出，阴极产生的气体靠近酒精灯火焰时会发出“噗噗”声或者淡蓝色的火焰，现象更明显。极少量的阳极气体可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，进一步减少了泄漏。 该装置的不足之处是电极需固定在塑料瓶上，其电极一旦固定，则不能改变电极间的距离，无法改善电极距离对电解速率的影响。 另有一些电解实验的设计[4，5]，具有装置简易或取材方便、绿色环保等优点，却也同时存在可见度小或操作较不方便、耗时较多等不足。 集合教材及诸多文献资料对该实验设计的优点和长处，经取长补短、综合平衡，反复进行实验测试和再改进，给出了该实验的如下改进装置。 2 电解食盐水装置的改进创新 2.1 实验用品 20mL注射器2支，2B、4B、6B铅笔芯若干，导线若干，0～30V学生直流电源，定制容器（嵌阳离子交换膜），酒精灯，火柴，玻璃棒，表面皿，发光二极管；饱和食盐水，酚酞，淀粉碘化钾试纸 2.2 自制电解装置 注射器结构见图4，注射器的改进见图5：先将注射器胶塞、活塞拆开（见图4、图5-a），用针头将注射器的胶塞中间、活塞底部边缘各钻个孔（图5-b），铅笔芯电极穿过胶塞孔，导线穿过活塞孔（图5-c），用皮筋将导线和电极连接。再将胶塞和活塞重新結合起来（图5-d），就实现了电极的固定。再套上注射器空筒（图5-e），就可和烧杯等玻璃仪器配套进行电解实验。 定制容器的改进方式见···试读结束