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分析电解饱与食盐水实验的创新理念

分类:生命环境论文   更新:2016/6/1   来源:本站原创

    1、问题提出

    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:①阴极产生H2量少,进行点燃或爆鸣实验比较困难;②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,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:①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;②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,125×7 mm)、15×150 mL试管2根(先在底部打出小孔,D≈3 mm,这是非常关键的设计)、大烧杯(1个)、自制固定片、洗瓶、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15~150 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 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;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Cl2。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

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