微型化电解实验的改进

微型化电解实验的改进

李祖艳

西安外国语大学附属西安外国语学校 西安外国语大学基础教育研究所 陕西西安 710016

【摘要】

本项目针对中学化学教材中常规的电解实验装置存在的问题进行了改进，借助铅笔芯、滤纸、PH试纸等物质设计了适合微型电解实验：纸上微型电解实验以及点滴板上的微型电解实验，经常态课堂和综合实践活动课中应用效果良好。

【关键词】 电解实验 微型化

一、研究背景

电 解作为一种技术手段在科学研究和工业生产中有着非常广泛的应用，而其相关知识也是中学化学教学的重要内容。在日常的教学中发现教科书介绍的相关电解实验方案是常规的电解实验装置，用U形管或烧杯等容器盛装电解质溶液，插入两个电极，再与外接直流电源连接（见图1）。存在试剂用量较多、实验现象不易被所有学生看到、无论课堂教师演示还是学生探究，都略显占地较大，耗时稍长。

为克服以上不足，笔者借助铅笔芯、滤纸、PH试纸等材料设计了适合微型电解实验，经常态课堂和综合实践活动课中应用效果良好，现介绍如下：

二、改进实验研究

纸上的微型电解实验

滤纸及试纸用电解质溶液浸泡或润湿后，用铅笔芯代替石墨做电极，用导线相连，接通电源构成闭合回路的微型电解装置，取代常规教学中的电解装置，操作简单，效果明显。下面以电解饱和食盐水为例具体谈一下纸上的微型电解实验的改进。

【实验原理】

电解饱和氯化钠总反应方程式：2NaCl+2H₂O===Cl₂↑ + H₂↑ + 2NaOH

阳极产生氯气，阴极产生氢气与氢氧化钠（遇酚酞变红）。

【实验仪器及药品】

仪器：电池（9V）、导线、滤纸、玻璃板、烧杯、玻璃棒、镊子、PH试纸

药品：NaCl、酚酞、淀粉碘化钾试液、蒸馏水

【实验设计】

1.1滤纸上的电解饱和食盐水

实 验装置：用镊子夹取滤纸，充分浸泡于饱和NaCl溶液中，将浸有NaCl的滤纸平铺在玻璃板(或旧光盘)上，保证滤纸与玻璃板(或旧光盘)的紧密贴合；将与电源正负极相连的导线铜丝分别放在滤纸与玻璃板之间压紧（见图2）；并在正极相连的滤纸上滴加淀粉和碘化钾混合试液；接通9V直流电源。

实验现象：在滤纸上与电源正极相连处呈现蓝色，与电源负极相连处变为红色。

实验结论：阳极产生氯气，阴极产生碱性物质。

1.2 PH试纸上的电解饱和食盐水

实验装置：将用饱和食盐水浸泡的PH试纸放在玻璃片上，用两根铅笔芯做电极，分别与电源的正负极相连，将铅笔芯平行放于试纸上，接通电源，即可实验观察现象。

实验现象：阴极附近迅速呈现大片蓝紫色，对照比色卡发现其pH约为13，阳极附近试纸呈现白色圆点。

实验结论：阴极产生碱性物质，阳极生成物质具有漂白性

1.3淀粉碘化钾试纸上的电解饱和食盐水

实验装置：将用饱和食盐水浸泡的淀粉碘化钾试纸放在玻璃片上，用两根铅笔芯做电极，分别与电源的正负极相连，将铅笔芯平行放于试纸上，接通电源，即可实验观察现象。

实验现象：阳极附近的试纸很快变为蓝色。

实验结论：阳极产生氯气。

说明：实验时将1.2和1.3两组实验对比进行，即可对二者起到现象互补的作用，效果更好。

2.点滴板上的微型电解实验

课本上的电解饱和氯化铜溶液，采用在U形管中进行，药品用量多，装置连接麻烦，改用在点滴板上的微型实验，操作非常简单，用量少。现象明显。

具体设计：取饱和电解质如饱和氯化铜溶液倒入点滴板上，用两根铅笔芯做电极，分别与电源的正负极相连，将铅笔芯插入电解质溶液中，接通电源，即可实验观察现象。

实验现象：阳极产生气体使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，阴极上附着一层红色的物质。

实验结论：阳极产生氯气，阴极产生铜。

优点：现象非常明显，实验时间不超过一分钟，用料少。

3.家庭中的微型电解实验

按照1和2的实验方法不仅限于课堂，家中随时也可进行，实验用品为紫甘蓝、食盐或纯碱、餐巾纸或纸杯或碗、9V电池、两根铜线、铅笔芯。实验时用饱和食盐水或食用碱水溶液浸泡或润湿滤纸后，滴加紫甘蓝的汁做指示剂，用铅笔芯代替石墨做电极，用导线相连，接通9V电池电源构成闭合回路，即可在家中进行电解实验。操作简单，效果明显，体现了从生活走进化学的教育理念，同时培养了学生科学探究的精神。

4组合型微型化电解实验

如 果将每一个纸上的电解实验串联起来，无论家庭还是学校，便可进行各实验的一次性探究。笔者尝试用六根铅笔，三张纸（PH试纸、淀粉碘化钾试纸、滤纸），七根导线，一节9V电池，用家中洗菜筐做支架，每两根铅笔和一张用饱和食盐水湿润的试纸为一组，用导线进行串联后接通9V电池的电源，一分钟内便可完成上述1.1、1.2、1.3的三个电解实验，而且现象非常明显。此法还可用于电解其它电解质溶液，亦可将滤纸改为点滴板，可以起到同样快速简便地效果。

三、改进实践优点

上述介绍的实验装置和相关的设计具有以下一些优点：

该项目创新在于用电解质溶液润湿滤纸、PH试纸、淀粉碘化钾试纸等代替电解池的重要组成部分--电解质溶液，以及用点滴板代替U形管或烧杯等容器盛放电解质溶液，消耗电解质少，微型化的实验体现了绿色化学理念。

成本较低，铅笔芯做电极、材料在日常的生活中寻找，学生就地取材唯一较贵的是电池为8元左右，可重复使用多次。

时间较短，适合学生自主探究，探究以上实验大约1分钟内就能观察到明显现象。学生学校家庭中均可自主探究。

揭示电解原理和反应产物，两极产生气泡的数量和颜色变化的不同揭示了电解质溶液的酸碱性和反应产物，特别是电解饱和食盐水，阳极颜色的变化揭示了电解产物氯气、氯气与水反应、次氯酸具有漂白性等一系列变化。

教学实践表明：该实验能在一定程度上缓解实验探究和教学效率之间的冲突，而且能深刻的揭示反应原理，将电化学和元素化合物知识联系起来，具有较强的综合性。

将纸上的微型实验设计成对照实验，效果更好。

四、用途

此设计可用于中学教师演示或学生探究实验的微型电解实验。

参考文献：

[1]普通高中课程标准实验教科书《化学》选修4，人民教育出版社