電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

湯晶+倪剛+吳曉紅

摘要：借助干電池、音樂芯片、回形針、輸液管和手機(jī)測(cè)聲軟件，對(duì)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。通過測(cè)量音樂芯片發(fā)出聲音大小的分貝值來判斷電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的強(qiáng)弱，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性和實(shí)用性，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣和科學(xué)素養(yǎng)起到提升的作用。

關(guān)鍵詞：電解質(zhì)溶液；導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）5–0073–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題的提出

高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[1]提出“課程要從學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和將要經(jīng)歷的社會(huì)生活實(shí)際出發(fā)”，因此在化學(xué)課堂教學(xué)中借助生活中常見的資源，能夠加強(qiáng)化學(xué)與生活的聯(lián)系，幫助學(xué)生理解和深化化學(xué)知識(shí)。隨著新課改的實(shí)施，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行生活化設(shè)計(jì)與改進(jìn)的研究日益增多。電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)在初高中課本中均有出現(xiàn)，在人教版《化學(xué)（九年級(jí)下冊(cè)）》中有實(shí)驗(yàn)10-7試驗(yàn)物質(zhì)的導(dǎo)電性[2]，實(shí)驗(yàn)借助低壓電源、燈泡、電極等儀器，對(duì)鹽酸、硫酸、氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液、蒸餾水和乙醇的導(dǎo)電性進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)九年級(jí)的學(xué)生來說，實(shí)驗(yàn)中有較復(fù)雜的低壓電源及電極等儀器裝置，且需要外接動(dòng)力電源，此外鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鈣等強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液均處于敞開體系中。這些對(duì)于好奇心較強(qiáng)的初中學(xué)生來說均有可能成為不安全的潛在因素。

對(duì)此，很多研究者對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)研究。邵玲琍[3]將6V交流電源、低壓燈泡（6V 500mA）、2mol/L電解質(zhì)溶液和電流表串接，通過觀察燈泡亮度和電流表的示數(shù)來判斷導(dǎo)電性的強(qiáng)弱。雖可測(cè)得各組溶液的電流，但通過弱電解質(zhì)溶液時(shí)燈泡沒有發(fā)亮。董金水[4]利用筆式電導(dǎo)率計(jì)下端伸入試液中，通過記錄顯示器上的數(shù)值來判斷溶液的導(dǎo)電性。但電導(dǎo)率概念對(duì)中學(xué)生來說較為陌生，還需講解導(dǎo)電率計(jì)的工作原理。譚建紅[5]將電源電壓改為4V，對(duì)相同濃度的不同電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力進(jìn)行測(cè)試，通過觀察發(fā)光二極管發(fā)亮的個(gè)數(shù)來判斷電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的強(qiáng)弱。但整個(gè)實(shí)驗(yàn)中所需發(fā)光二極管的數(shù)量較多、導(dǎo)線過多，電路連接繁瑣。陳挺芳[6]利用實(shí)驗(yàn)室中常用的塑料水槽、廢舊電池、舊電線等改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，能同時(shí)測(cè)定五種電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性。該法雖然縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，但所需廢舊電池?cái)?shù)量較多，拆卸繁瑣，處理麻煩。本文從實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)安全性及簡(jiǎn)易化等方面進(jìn)行改進(jìn)，注重實(shí)驗(yàn)的趣味性，充分體現(xiàn)微型化、安全化的思想，起到激發(fā)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的作用。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案與原理

從以下幾方面對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)：（1）電源部分，采用普通干電池（1.5V）替代低壓電源。（2）實(shí)驗(yàn)裝置，教材中將強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液盛裝到燒杯中，把兩根電極伸入溶液中，以燈泡發(fā)亮來證明電解質(zhì)溶液具有導(dǎo)電性。本實(shí)驗(yàn)是將拉直的回形針蠟封在輸液管兩側(cè)充當(dāng)電極，將不同待測(cè)溶液注入到輸液管中，以音樂芯片替代燈泡。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。合上開關(guān)后整個(gè)裝置形成閉合回路，當(dāng)有電流通過時(shí)，音樂芯片會(huì)發(fā)出聲音。電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性強(qiáng)弱不同，電路中的電流大小也不盡相同，因此可借助音樂芯片發(fā)出聲音的大小來判斷電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的強(qiáng)弱。（3）利用手機(jī)下載的測(cè)聲軟件對(duì)聲音大小的分貝值進(jìn)行測(cè)定，為實(shí)驗(yàn)討論提供了定量化的參考。

2.2 實(shí)驗(yàn)用品

儀器：音樂芯片（取自荷花生日音樂蠟燭）、輸液管、回形針、蠟燭、注射器、干電池（1.5V）、智能手機(jī)（用其測(cè)聲軟件）

藥品：NaOH溶液、Ca（OH）2溶液、NH3·H2O溶液、HNO3溶液、H2SO4溶液、CH3COOH溶液、NaCl溶液、Na2CO3溶液、蔗糖溶液（濃度均為1mol/L）及自來水、蒸餾水和無水乙醇

2.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟

（1）智能手機(jī)聯(lián)網(wǎng)后，打開“應(yīng)用寶軟件”，在搜索框內(nèi)輸入“分貝儀”，搜索結(jié)果中有很多免費(fèi)的小軟件可供下載使用。本文選擇“分貝計(jì)（Sound Meter）”軟件下載并安裝使用。

（2）截取輸液管，將回形針用蠟封在輸液管兩端。用注射器吸取10mL不同待測(cè)液從輸液管支管處注入。

（3）將手機(jī)放置在距離音樂芯片1cm處，打開手機(jī)中“分貝計(jì)”軟件，連接閉合回路，測(cè)量三次，記錄數(shù)據(jù)。

（4）依次對(duì)其他幾種溶液、液體按上述步驟進(jìn)行測(cè)定。記錄數(shù)據(jù)，比較各電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的強(qiáng)弱。

2.4 實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)果討論

不同溶液、液體的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1中。從數(shù)據(jù)中可以得出以下結(jié)論：

（1）NaOH溶液、Ca（OH）2溶液、HNO3溶液、H2SO4溶液、NaCl溶液、Na2CO3溶液的導(dǎo)電性較強(qiáng)或強(qiáng)，聲音分貝值分別在27～38或42～50分貝，故強(qiáng)堿、強(qiáng)酸及大多數(shù)鹽通常為強(qiáng)電解質(zhì)。

（2）NH3·H2O溶液、CH3COOH溶液、自來水也顯示出一定程度的導(dǎo)電性，聲音分貝值處于15～27分貝之間，小于強(qiáng)電解質(zhì)溶液的分貝值，所以弱堿、弱酸及自來水導(dǎo)電性較弱。

（3）蒸餾水、乙醇溶液、蔗糖溶液的分貝值均為0，故蒸餾水、絕大多數(shù)有機(jī)物導(dǎo)電性極弱。

2.5 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）利用生活中常見的事物來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將化學(xué)和手工制作結(jié)合在一起，無形中體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的生活化，拉近了學(xué)生與實(shí)驗(yàn)之間的距離，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

（2）用普通干電池替代低壓電源，體現(xiàn)了安全化思想，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)，方便組裝，便于攜帶。

（3）將電解質(zhì)溶液封閉到輸液管中，能避免學(xué)生直接接觸強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液，降低了意外事故發(fā)生的概率。

（4）借助音樂芯片聲音的大小及分貝值來判斷電解質(zhì)導(dǎo)電性的強(qiáng)弱，既增加了趣味性，又體現(xiàn)了將抽象知識(shí)具體化的思想，便于學(xué)生記憶和掌握。

（5）實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)后在很大程度上減少了藥品用量，且能夠重復(fù)使用，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)綠色化和微型化的目的。

2.6 實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為“電解質(zhì)”知識(shí)的課堂教學(xué)提供了便利，提高了教學(xué)效率。但教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中還需注意：

（1）組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，在組裝前要求學(xué)生穿好實(shí)驗(yàn)服，戴好手套、護(hù)目鏡再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（2）密封輸液管端口時(shí)用到熱的蠟燭液，要叮囑學(xué)生小心操作，避免燙傷，待蠟燭融化后要及時(shí)熄滅酒精燈。

（3）在移液操作環(huán)節(jié)，由于輸液管支管較細(xì)，用膠頭滴管移液不易控制溶液用量，也可用注射器來移液。

3 知識(shí)的遷移運(yùn)用

濃度是影響電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性強(qiáng)弱的因素之一，從表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，濃度相同的不同溶液可表現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性。NaOH、HNO3、NaCl與Ca（OH）2、H2SO4、Na2CO3均屬強(qiáng)電解質(zhì)，但NaOH、HNO3、NaCl溶液的分貝值小于Ca（OH）2、H2SO4、Na2CO3溶液的分貝值。原因是濃度均為1mol/L的上述各溶液中離子的總濃度不同，前3種溶液中離子總濃度均為2mol/L；后3種溶液中離子總濃度均為3mol/L。溶液中離子的總濃度越大，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性越強(qiáng)，音樂芯片的聲音分貝值越大。因此，利用本實(shí)驗(yàn)也可以探究濃度對(duì)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的影響。

4 結(jié)論

以普通干電池代替低壓電源、回形針代替電極、音樂芯片代替燈泡、輸液管代替燒杯的電解質(zhì)溶液導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)可應(yīng)用在初、高中化學(xué)教學(xué)中，既能作為演示實(shí)驗(yàn)也能作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，通過測(cè)定音樂芯片發(fā)出聲音的大小可快速判斷出電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的強(qiáng)弱，達(dá)到實(shí)驗(yàn)安全化和趣味化的目的，能很好地幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和掌握電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性強(qiáng)弱的基本原理。聯(lián)系生活的化學(xué)實(shí)驗(yàn)既符合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，也適宜學(xué)生發(fā)展的需要，能讓學(xué)生深刻體會(huì)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的樂趣，為學(xué)生快樂學(xué)習(xí)化學(xué)開拓了新思路、提供了新方法。在教學(xué)中要充分利用生活中的資源多設(shè)計(jì)一些趣味化、環(huán)?；踩幕瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供更多體驗(yàn)和操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生真正愛上化學(xué)課堂和化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

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