林捷

摘要：利用注射器針筒及鉛筆芯和充電寶設(shè)計微型實驗，實驗儀器常見，節(jié)約實驗成本，操作簡單方便，反應(yīng)迅速，現(xiàn)象明顯，利于課堂分組，也方便學(xué)生家庭實驗，使學(xué)生實驗的動手率達(dá)到百分百成為可能。

關(guān)鍵詞：電解飽和食鹽水；漂白液；化學(xué)工業(yè)；實驗改進

一、設(shè)計思路

1.問題提出

氯堿工業(yè)是課標(biāo)要求的五大基本化學(xué)工業(yè)之一。在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對化工技術(shù)知識存在學(xué)習(xí)障礙，容易產(chǎn)生“懂化學(xué)原理，不懂化工技術(shù)”的現(xiàn)象。為追求化學(xué)原理的真實性，化工題成為近年高考新寵，如交換膜技術(shù)。但此類題得分率均不高，這就要求我們在教學(xué)中要幫助學(xué)生建立相應(yīng)化工模型。筆者認(rèn)為可嘗試先從解決生活實際問題出發(fā)，再回歸教材實驗分析，再分析化工生產(chǎn)與實驗室的不同點。克服學(xué)生對化工分析的認(rèn)知恐懼障礙心理。

電解飽和食鹽水是氯堿工業(yè)的主要反應(yīng)，也是電解原理的一個重要應(yīng)用。不同版本的電解飽和食鹽水裝置有所不同，魯科版《化學(xué)反應(yīng)原理》教材中“電解飽和食鹽水”實驗使用u型管做發(fā)生裝置，并要求學(xué)生設(shè)法檢驗兩極附近溶液組成的變化并判斷氣體產(chǎn)物。筆者認(rèn)為該裝置有兩個缺點：電極距離太遠(yuǎn)，離子移動速度慢，電解過程緩慢；教材中強調(diào)實驗現(xiàn)象的過程和結(jié)果的分析，忽略了有毒氣體的控制和處理。氯氣有毒對人體有強烈刺激性，若檢驗時有部分氯氣泄漏在教室空氣中將危害人體健康、污染空氣，這與綠色化學(xué)的理念不符合，將此裝置進行分組實驗更是不現(xiàn)實。

2.本實驗案例的設(shè)計思路

以小明家辦喜事，不小心把染紅雞蛋的有機染料弄到襯衫上，如何通過自己制備漂白液這樣的生活實景導(dǎo)入。通過前面學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了電解的原理，聯(lián)系已有知識容易想到可以用電解食鹽水的方法，通過產(chǎn)生的氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)可以制備次氯酸鈉溶液。生活化問題要生活化方法解決，藥品和儀器應(yīng)在家里隨手可得，所以筆者想到的電解儀器和藥品該是手機充電頭或者充電寶、鉛筆芯、USB數(shù)據(jù)線、碗、飽和食鹽水，就可以指導(dǎo)學(xué)生在家里自己動手制備次氯酸鈉漂白液。

在課堂上除了制備漂白液外，該實驗主要目的是設(shè)法檢驗兩極附近溶液組成的變化并判斷氣體產(chǎn)物。所以應(yīng)從以下角度對教材裝置進行改進：①針對實驗效果，力求裝置簡單，反應(yīng)迅速，現(xiàn)象明顯；②產(chǎn)物檢驗操作簡單；③實驗微型化，原料用量少，產(chǎn)生氯氣量微少，實驗安全，對學(xué)生身心健康無影響。

所以將u型管替換成10mL塑料針筒做電解發(fā)生裝置，電解過程中只會產(chǎn)生極少量氯氣和氫氣，學(xué)生分組過程中根本不會聞到氯氣刺激性氣味，既安全又健康環(huán)保。在飽和食鹽水中預(yù)先滴加酚酞檢驗陰極產(chǎn)物氫氧根，用濕潤藍(lán)色石蕊試紙和濕潤淀粉KT試紙塞入到導(dǎo)氣管中檢驗氯氣性質(zhì)，用肥皂水收集一黃豆顆粒大小混合氣體點燃驗證氫氣。

用學(xué)生平常使用的充電寶替代學(xué)生電源；用廢棄帶USB頭的數(shù)據(jù)線或鼠標(biāo)線做電源和電極連接線；用小刀把鉛筆破開取出鉛筆芯做陽極材料；用銅導(dǎo)線芯做陰極材料；用輸液軟管連接在針筒末端做導(dǎo)氣管檢驗陰陽極產(chǎn)物氫氣氯氣。導(dǎo)線連接兩電極時應(yīng)使用膠布包裹防止短路。

3.一與化工接軌

課堂時間價值曲線規(guī)律指出：在45分鐘內(nèi)，前20分鐘是興奮區(qū)，是第一個黃金時區(qū)，學(xué)生的興奮點已轉(zhuǎn)移到主題上；20-40分鐘是學(xué)生心理過渡期，是波谷，教師必須不失時機地把學(xué)生的思維重新引入上升境界，并盡可能延長興奮時間。

學(xué)生在前20分鐘內(nèi)通過自己動手實驗，分析電解飽和食鹽水的原理，頭腦形成已有的知識經(jīng)驗f假如沒有使用u型管陰陽極產(chǎn)物氫氣氯氣不好分離，陽極產(chǎn)生的氯氣和陰極產(chǎn)生的OH-很容易反應(yīng)生成次氯酸鈉而得不得純凈的氫氧化鈉。）與新問題情景（化工生產(chǎn)無法使用u型管，燒堿比次氯酸鈉用途更廣）之間存在矛盾而產(chǎn)生認(rèn)知沖突。學(xué)生為消除認(rèn)知沖突以實現(xiàn)新的認(rèn)知平衡而迅速激活舊的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從中選擇和接受相關(guān)信息（離子交換膜技術(shù)）并對信息進行有目的的加工。這樣能夠有效地喚起學(xué)生的思維注意，激起學(xué)生思維的興奮點，讓學(xué)生以飽滿的激情重新投入到新知識學(xué)習(xí)中。學(xué)生產(chǎn)生的認(rèn)知沖突可以幫助提高課堂教學(xué)中教師的教和學(xué)生的學(xué)的針對性和指向性。幫助學(xué)生明白離子交換膜的必要性和工作原理。

二、具體實施

1.實驗儀器、藥品及裝置簡介

儀器：10mL注射器2支、充電寶1個、3-4cm鉛筆芯1條、硬芯銅導(dǎo)線1截、帶USB頭數(shù)據(jù)線一段、輸液軟管一段、小布條、火柴、點滴板

藥品：飽和食鹽水、酚酞試劑、淀粉碘化鉀試紙、藍(lán)色石蕊試紙、品紅溶液、肥皂水

裝置簡介：去掉注射器的塑料把手-將鉛筆芯和銅芯穿過注射器的橡膠塞中-兩電極下端用數(shù)據(jù)線導(dǎo)線連接-將橡膠塞塞入注射器末段-注入滴有酚酞的飽和食鹽水-將輸液管-端與針筒頭部相連-連接充電寶開始通電

2.實驗步驟和現(xiàn)象

按照圖1安裝實驗裝置。取另一只10mL潔凈帶針頭的注射器，往圖1裝置中注入10mL滴有酚酞的飽和食鹽水，將潔凈的輸液軟管連接到注射器出口處，連接電源觀察現(xiàn)象。

（1）氯氣的檢驗

在塑料導(dǎo)管末端輕輕塞入小半段濕潤的KT淀粉試紙，30秒后試紙變深藍(lán)色或紫色；取出KT淀粉試紙再塞人小半段濕潤的藍(lán)色石蕊試紙，30秒后試紙先變紅后褪色。均可證明混合氣體中有氯氣。

（2）氫氣的檢驗

化學(xué)實驗中一般用小試管收集氫氣然后燃燒來檢驗氫氣，該操作要求氫氣氣流速度較快，且比較麻煩?？刹捎么捣试砼莸姆椒ǎ簩⑺芰宪浌苣┒瞬迦胧⒎欧试硭狞c滴板中，待氫氣和氯氣的混合氣體把肥皂泡脹成黃豆大小后，用火柴點燃。觀察實驗現(xiàn)象：點燃肥皂泡時有尖銳的爆鳴聲，說明氫氣和氯氣混合氣體在點燃條件下發(fā)生爆炸。

實驗說明：因為混合氣體量非常少，點燃時不會產(chǎn)生安全隱患，但筆者操作過程中發(fā)現(xiàn)有時候因爆炸時產(chǎn)生向后沖擊力會使針筒的橡皮塞炸飛，液體流出導(dǎo)致后續(xù)實驗無法繼續(xù)，所以點燃前一定要先將軟管中間對折，隔絕針筒與肥皂泡的連通。

（3）陰極顏色變化分析

電解滴有酚酞的飽和食鹽水，通電后陰極銅棒周圍溶液顏色很快變紅，隨即顏色擴散整個針筒，測其溶液pH為9-10左右；繼續(xù)通電30秒左右后顏色變淺至無色，測其溶液pH為13-14左右。此實驗充分展現(xiàn)出酚酞的整個變色過程和范圍。酚酞變色機理如圖2、3所示。

酚酞是一種有機弱酸，它在酸性溶液中，H+濃度較高時，形成無色分子。但隨著溶液中OH-濃度的增大，酚酞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并進一步電離成紅色離子，如圖2所示。