趙紅　陳士元

摘要：人教版初中化學(xué)教材在第四單元《水的組成》章節(jié)中設(shè)計(jì)和安排了電解水實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性沒有問題，但技術(shù)上存在不足，主要表現(xiàn)為教材上采用的電源提供的直流電壓不能滿足教學(xué)需要，教材中沒有詳細(xì)說明實(shí)驗(yàn)過程中所用電解質(zhì)的參數(shù)（名稱和濃度）。為此我們進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)探究，尋求合適的電解質(zhì)溶液和電源，獲得了一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué);電解水;改進(jìn)

文章編號(hào)：1008-0546（ 2019）08-0095-02

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.08.031

一、問題的提出

我校初中化學(xué)使用的是人教版教材。在第四單元《水的組成》章節(jié)中設(shè)計(jì)和安排了電解水實(shí)驗(yàn)。在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，我們對(duì)這一實(shí)驗(yàn)帶有畏懼心理，主要原因是實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間長，裝置的玻璃管內(nèi)聚集的氫氣和氧氣比例不對(duì)等問題無法解決，因而我們不太愿意做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。初中化學(xué)電解水實(shí)驗(yàn)是學(xué)生了解水的組成，教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)。教材上沒有注明直流的電壓數(shù)值。從圖片來看，電源是一個(gè)學(xué)生電源，通常J1202學(xué)生電源提供的最大直流電壓為9伏。我們要求實(shí)驗(yàn)員配電壓高一些的電源，結(jié)果化學(xué)實(shí)驗(yàn)室沒有，物理實(shí)驗(yàn)室J1201教學(xué)電源提供的最大直流電壓為12伏（物理學(xué)科只做低壓實(shí)驗(yàn)）。學(xué)校的老師也提出了很多解決的方法，但是筆者認(rèn)為都沒有取得突破性成果。

2017年版本的《江蘇省中小學(xué)理科教學(xué)儀器配備目錄》（初中分冊(cè)）35頁電源標(biāo)準(zhǔn)備注欄目中，學(xué)生電源的技術(shù)參數(shù)是：直流1.5伏到6伏，教學(xué)電源的技術(shù)參數(shù)是：直流1.5伏到12伏，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室需要的電源是建議與物理實(shí)驗(yàn)室共用。

這一配備標(biāo)準(zhǔn)沒有考慮到化學(xué)學(xué)科的具體要求，即電解水實(shí)驗(yàn)操作中，大多數(shù)教師認(rèn)為24伏以上才能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，裝備標(biāo)準(zhǔn)存在明顯不足。

二、改進(jìn)思路和實(shí)施方法

我們對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的主要改進(jìn)思路就是提高電源電壓、加快反應(yīng)速度。為什么教師在這個(gè)實(shí)驗(yàn)上要追求反應(yīng)速度，因?yàn)橐粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和室溫下，氧氣比氫氣在水中的溶解度大，1體積的水最多可溶解0.031體積氧氣或0.0182體積氫氣。反應(yīng)越快得到氫氣與氧氣的體積比越接近2：1。

目前實(shí)驗(yàn)室沒有配備，決定采購但又發(fā)現(xiàn)凡是賣中小學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的商家提供的電源都要是低壓的，怎么辦？有一天忽然靈機(jī)一動(dòng)，我們常用的電瓶充電器也能提供直流電??！它是多少伏呢？再查得知常用的是48伏和72伏，對(duì)應(yīng)的是4組和5組電瓶。

采購來的48伏充電器經(jīng)過改造、試用效果不錯(cuò)。但區(qū)教研員得知后，認(rèn)為采用48伏電源做實(shí)驗(yàn)，超過了36伏的人體安全電壓，建議再改進(jìn)。這樣又采購到了36伏的充電器準(zhǔn)備用來做實(shí)驗(yàn)。

三、電解水實(shí)驗(yàn)的探討

實(shí)驗(yàn)器材：電解水裝置（霍夫曼水電解器）、充電器（12伏、36伏、48伏）、導(dǎo)線、天平、燒杯、量筒、膠頭滴管、氫氧化鈉、硫酸鈉、水等。

按電解水實(shí)驗(yàn)收集lOmL氣體要求，如實(shí)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：12V直流電壓太低，用幾種電解質(zhì)，反應(yīng)速率都慢，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。48V直流電壓電解一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液，反應(yīng)速率較快，但超過36V安全電壓，不作優(yōu)先考慮。用36V直流電電解一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液，反應(yīng)速率比48V直流電要慢些，但實(shí)驗(yàn)效果較好。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：綜合考慮實(shí)驗(yàn)安全因素和反應(yīng)速度的協(xié)調(diào)，決定選用36V直流電。用36V電壓電解5%氫氧化鈉溶液反應(yīng)速率較快，實(shí)驗(yàn)效果較好。

實(shí)驗(yàn)注意點(diǎn)：用氫氧化鈉溶液做電解液，電解裝置要充分潔凈[2]，氫氧化鈉要求比較純凈，否則容易在氣管的壁面上產(chǎn)生泡沫。氫氧化鈉有強(qiáng)烈的腐蝕性，使用時(shí)須十分小心，防止眼睛、皮膚、衣服等被腐蝕，要戴上PVC手套。如果不慎將其沾到皮膚上，先用大量的水沖洗，再涂上硼酸溶液。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，應(yīng)及時(shí)清洗水電解器，以免氫氧化鈉與玻璃反應(yīng)，導(dǎo)致水電解器活塞粘結(jié)而損壞[3]。

四、評(píng)價(jià)

裝置改進(jìn)后，我們讓學(xué)校的老師試用，當(dāng)他們看到電解水反應(yīng)速度如此之快，十分興奮，他們感慨地說，真沒想到這個(gè)實(shí)驗(yàn)會(huì)變成這樣方便快速！原來在課堂上操作這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)需要10分鐘左右，通過改進(jìn)后，電解水反應(yīng)速度加快，在2分鐘左右就能完成，至少節(jié)省一半時(shí)間，大大提高了課堂效率。更主要的是實(shí)驗(yàn)效果有保障，原來的方法是花時(shí)間還不能保證實(shí)驗(yàn)效果，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)成功有了保障。

參考文獻(xiàn)

[1]王晶，鄭長龍.義務(wù)教育教科書九年級(jí)化學(xué)（上冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2013：80

[2]張振民.對(duì)初三化學(xué)電解水試驗(yàn)的改進(jìn)[J].教育革新，2008（8）：51

[3]黃新階.解析電解水實(shí)驗(yàn)中的三大問題[J].發(fā)明與創(chuàng)新，2013（4）：43