陜西省西安市第一中學(710082) 邢麗麗

1 問題的提出

電解實驗是高中電化學的重要實驗?，F行人教版和蘇教版課程標準實驗教科書高二化學選修4“化學反應原理”采用U型管進行此實驗，存在反應耗時長，現象不明顯，產生的有毒氣體易逸出污染環(huán)境、損害師生健康，無法實現分組實驗等缺陷導致課堂教學效果不理想。

關于電解實驗的改進有很多同行進行了研究，主要從微型化、趣味化和生活化入手，以上改進均有可取之處，但是還存在許多問題，主要體現在裝置不夠穩(wěn)定、用途單一、實用性不大、不便于推廣、電源沒有進行改進等方面。

本文基于解決以上問題，在他人研究的基礎上，運用相關科學理論進行此裝置的改進創(chuàng)新設計。力求充分發(fā)揮化學實驗教學的主體作用，激發(fā)學生學習的興趣，達到預期的教學目標，從而培養(yǎng)出更具創(chuàng)造性的學生。

2 改進的科學方法與原理

主要采用文獻法、實驗法、對比法等方式進行研究。研究時從電解池的基本構造和現行教材裝置的缺陷入手，以綠色化、實用化、微型化和生活化為原則進行改進設計。

3 改進裝置用品

廢舊的普通干電池、亞克力材質的透明方形塑料盒、醫(yī)用注射導管、數字電壓電流數顯調壓模塊、9 V干電池若干節(jié)、帶導線的鱷魚夾、橡膠塞、玻璃瓶(10 mL)、小型表面皿、鑷子、酒精噴燈、電烙鐵、火柴、打孔器等。

4 電解裝置改進創(chuàng)新設計

依據事先設計好的圖紙,如圖1所示，逐步進行下列制作。

具體制作過程：

4.1 陰、陽電極的制備

將廢舊的2節(jié)普通干電池剝去外殼，取中間的碳棒先在酒精噴燈火焰上灼燒至紅熱，然后迅速浸入冷水中進行淬火處理即得電極,用電烙鐵在每個電極上部焊接導線以便與電源相連。

4.2 電解槽的制備

根據多次試驗摸索，確定選取大小為5 cm×3 cm×7 cm的亞克力材質的透明方形塑料盒制作電解槽，上部為可活動的密封塑料蓋，用燒熱的打孔器在其上部取合適間距(約4 cm)鑿取2個小孔，以便插入電極。

4.3 電極產物的收集檢驗裝置

通過多次試驗，在電解槽兩側的合適高度(約5 cm)用燒熱的打孔器分別鑿取2個小孔，孔徑大小與截取的醫(yī)用注射器的兩通管正好吻合，插入固定好的2個兩通管，再分別連接尾氣處理裝置(10 mL玻璃瓶)和氣體檢驗裝置(小型表面皿)即可。

4.4 微型電源制作

將數字電壓電流數顯調壓模塊與2節(jié)9 V干電池進行連接即制作成數顯可調電壓式微型電源。

4.5 電解實驗一體化裝置

在電解槽可活動的密封塑料蓋上插入2個打磨好的石墨電極，組裝好氣體檢驗裝置，再用帶導線的鱷魚夾與數顯可調電壓式微型電源相連固定，即制備完成電解實驗的一體化裝置，加入不同的電解質溶液即完成相應電解實驗。

5 實驗操作步驟及方法

利用上述改進的電解裝置,如圖2所示,可以完成高中化學所要求掌握的4種電解類型(惰性電極)的實驗，且可以實現對這些不同電極產物的觀察分析、氣體檢驗和尾氣處理等。

具體實驗過程(以電解氯化銅溶液為例):

(1)依次組裝好實驗裝置(電極、電解槽以及氣體檢驗和尾氣處理裝置)。若是課堂演示，可提前組裝好，以便節(jié)約時間。

(2)向電解槽中加入適量氯化銅溶液至浸沒到電極1/3部位，玻璃瓶內加入適量氫氧化鈉溶液，接通電源，調節(jié)電壓，開始反應。

(3)約10 s后，即可清晰看到陰極有紫紅色的物質附著在碳棒上，證實為有銅生成；用鑷子將濕潤的淀粉-KI試紙靠近連接陽極的兩通管一端，可清晰觀察到試紙變藍，證明有氯氣產生，快速關閉此通管，打開另一通管用氫氧化鈉溶液進行多余尾氣處理，分別如圖3、圖4所示。

特點與說明：

(1)氯化銅溶液濃度越大，反應越快，但是若濃度太大，陰極區(qū)溶液容易出現黑色，多次試驗發(fā)現，采用濃度為25%的氯化銅溶液(呈亮綠色)效果最好。

(2)電壓越大，反應耗時越短，綜合考慮，電解所用電壓以8 V左右為宜。

(3)電解氯化銅溶液時，因陰極不會產生氣體，故可將與陰極一側相連的小孔用橡膠塞密封，只打開陽極一側小孔即可。

(4)采用此套裝置進行實驗，操作簡單，耗時短，反應現象明顯，體系密封，安全環(huán)保無污染，既可進行教師演示實驗也可開展學生分組實驗，大大提高了教學效果。

利用上述改進的電解裝置，還可以完成電解飽和食鹽水、電解硫酸銅溶液、電解氫氧化鈉溶液等實驗。

6 實驗創(chuàng)新點

(1)成本低廉、安全環(huán)保。裝置取材源于生活，材料易得，實現廢物充分利用；整個裝置密封環(huán)保，有效防止有毒氣體逸散。

(2)裝置簡單、實用性強。裝置不需要特殊設備和器件，值得推廣，尤其適合實驗室條件相對落后的農村中學。

(3)設計巧妙、應用廣泛。裝置穩(wěn)定美觀，稍加改變即可實現高中化學要求掌握的全部電解類型的電解實驗，一套裝置多種用途，儀器重復使用率高。

(4)操作簡便、現象明顯。取配好的不同電解質溶液直接進行電解實驗，1 min左右即可清晰觀察到不同實驗現象，實驗效果好。

(5)創(chuàng)新理念、培育素養(yǎng)。儀器的設計完成可以分組實驗，有利于培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”“證據推理與模型認知”“科學精神與社會責任”等核心素養(yǎng)。

7 裝置的使用情況和進一步完善的設想

此套改進裝置已在多個教學班使用，并在省級公開課成功展示，通過課堂表現和反饋來看，學生實驗時興趣高漲，對電解知識的理解更加深刻。值得一提的是，在參與的省級規(guī)劃課題“中學化學實驗教學創(chuàng)新實踐研究”研究過程中，此項目也被評為優(yōu)秀研究成果，受邀在名?；瘜W教師中進行交流展示。此改進裝置進一步完善的設想：視教學實際需要，擬與數字化傳感器連接實時定量檢測分析產生氣體體積的變化。