微型化電解氯化鈉溶液

王雪蓮

摘要：今天，我選取的實驗源于人教版選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)電解池。電解原理是電化學(xué)的重要組成部分，氯堿工業(yè)是電解原理的重要應(yīng)用，那如何將這重要的工業(yè)生產(chǎn)與實驗教學(xué)有機結(jié)合在一起呢？化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，就要讓學(xué)生從實驗探究來揭示工業(yè)生產(chǎn)原理，加深對氯堿工業(yè)的認識，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)探究能力和實驗動手能力。

關(guān)鍵詞：化學(xué)；電解原理；實驗

一、問題的提出

把教材P79頁實驗4-2氯化銅溶液的電解實驗中的溶液替換為氯化鈉溶液，雖然該裝置能實現(xiàn)氯化鈉溶液的成功電解，但是存在以下問題：

1、藥品用量較多，每次約15mL左右。

2、實驗時間長。

3、陰極產(chǎn)物氫氣的檢驗失敗率很高。

4、陽極產(chǎn)物氯氣有毒，無尾氣吸收裝置，容易造成空氣污染，不能用于學(xué)生分組實驗，只能適用于演示實驗，演示實驗不便于學(xué)生遠距離觀察、也不利于對學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。所以我研究創(chuàng)設(shè)微型化實驗。

二、實驗微型化

1、實驗原理

接通電源后，溶液中的陰、陽離子分別向兩極遷移，氫離子向陰極移動得到電子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，氯離子向陽極移動失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生氯氣。電極反應(yīng)是分別為：2H++2e-=H2↑，2Cl--2e-=Cl2↑。

陰極區(qū)域溶液變紅可以推測出是氫離子放電，從氧化還原角度得知產(chǎn)物為氫氣；陽極可以通過濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍推測產(chǎn)生氯氣。

2、實驗用品

儀器、藥品及其他用品：交直流低壓多用電源、電流表、帶鱷魚夾導(dǎo)線兩根、兩頭尖2B鉛筆兩根、牛角管1支、膠頭滴管1支、鑷子2把、250mL燒杯1個、100mL燒杯1個、酚酞溶液、飽和食鹽水、0.1mol/LNaOH溶液、蒸餾水、脫脂棉、淀粉碘化鉀試紙、陽離子交換膜。

3、實驗裝置

4、實驗步驟及現(xiàn)象

（1）取一支牛角管，用鑷子將脫脂棉球和陽離子交換膜放在牛角管中央，將飽和食鹽水滴加到脫脂棉球上將其充分潤濕。沿小口徑一側(cè)滴加酚酞后用鑷子固定在燒杯口處。

（2）用鑷子夾取淀粉碘化鉀試紙并用蒸餾水潤濕，將其纏繞在一支2B鉛筆靠近尖端的位置上。

（3）將兩支鉛筆沿牛角管兩側(cè)插入脫脂棉球中。（注意：1、纏繞試紙的筆尖朝下沿孔徑較大的一端插入脫脂棉球中；2、插入不能太深，避免兩筆尖接觸。）用鑷子另取脫脂棉球?qū)⒋罂讖巾敹溯p輕塞住，并用膠頭滴管滴加0.1mol/LNaOH溶液潤濕。

（4）將牛角管放在燒杯口上，同時用鑷子固定住，接通14V直流電源。

（5）實驗現(xiàn)象。大約5秒鐘，連接電源負極一側(cè)的棉球出現(xiàn)粉紅色，產(chǎn)生OH-說明溶液中H+放電，推斷生成氫氣；而淀粉碘化鉀試紙也迅速變?yōu)樗{色，完成證據(jù)推理過程。

（6）立刻關(guān)閉電源。

三、設(shè)計理念

1、創(chuàng)意來源

實驗裝置的微型化改進實驗效果非常明顯，原因在于對教材實驗裝置存在以下問題的深入挖掘與研究。

（1）實驗時間長、氫氣的檢驗經(jīng)常失敗是由于實驗室常用U型管兩極板間距離較大，離子在其中遷移的時間長，且電阻較大。同樣的電壓下，功率消耗大從而產(chǎn)生氣體量少。而牛角管中兩支鉛筆的角度正好大大縮短了兩電極的距離，用此來電解，實驗時間極短，現(xiàn)象明顯。

（2）氫氣的收集、檢驗在學(xué)生分組實驗中難免會存在安全隱患，在此設(shè)計成通過實驗現(xiàn)象（指示劑檢驗陰極區(qū)域溶液 pH變化）和理論知識（氧化還原反應(yīng)原理）充分結(jié)合，分析陰極氣體的產(chǎn)生。

（3）為了避免有毒氣體對空氣污染就一定要想辦法從源頭來減少氣體的排放并同時對尾氣進行處理。

2、微型化實驗的創(chuàng)意優(yōu)點：

（1）實驗經(jīng)濟。藥品用量非常少，1-2mL溶液即可。

（2）綠色環(huán)保。產(chǎn)生氣體量少，又有尾氣處理裝置。采用脫脂棉球可以固定住溶液，既衛(wèi)生又方便觀察陰極區(qū)域?qū)嶒灛F(xiàn)象。

（3）取材方便。采用蒸餾操作中的牛角管做反應(yīng)容器，提高其利用率，利用孔徑的特點合理安排兩極，同時將濕潤的淀粉碘化鉀試紙進行纏繞且靠近棉球，便于觀察陽極實驗現(xiàn)象，減少氯氣這種污染氣體的排放量。用鉛筆做電極，材料就在身邊，讓學(xué)生體會生活中的化學(xué)。

（4）簡單易行、現(xiàn)象明顯、安全環(huán)保。

（5）創(chuàng)設(shè)學(xué)生分組實驗。實驗時間短暫，課堂效率高，利用陽離子機交換膜將工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為模型認知。

電解飽和食鹽水溶液的微型化用簡單的實驗成就了復(fù)雜的方案，通過實際動手操作和明顯的實驗現(xiàn)象（陰極區(qū)域溶液變紅、陽極濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍），有助于提高學(xué)生從對宏觀現(xiàn)象的辨識到對微觀溶液中離子遷移、氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移等方面探析的能力，同時還可以利用該裝置去實現(xiàn)對不同電解質(zhì)溶液的電解，進而充分的理解電解原理，能夠?qū)﹄娊庵R進行合理的構(gòu)建和遷移。

實驗教學(xué)可以有效的幫助我們突破重難點，提高教學(xué)效果；同時著力“培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責任”；“注重學(xué)用相長、知行合一”這也是對化學(xué)學(xué)習(xí)目的的最好詮釋。

參考文獻：

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