电解饱和食盐水的实验改进

电解饱和食盐水的实验改进

【摘要】通高中课程标准实验教科书（苏教版）化学1（必修1）的专题2的第一单元中，涉及氯气的生产原理时有一个电解饱和食盐水的实验（图2-2）。这个实验，对引导学生掌握工业上如何制取氯气的原理有着重要作用。

【关键词】电解饱和实验水电导率截面积导电能力

普通高中课程标准实验教科书（苏教版）化学（必修）①第40页“氯气的生产原理”中“观察与思考1”的实验内容如下：按图2-2（如图1）所示装置进行实验。

（1）接通电源，观察食盐水发生的变化。通电一段时间后，将小试管套在a管上，收集u形管左端产生的气体。2min后，提起小试管，并迅速用拇指堵住试管口，移近点燃的酒精灯，松开拇指，检验收集到的气体。

（2）取一支小试管，用向上排空气法收集从b管导出的气体，观察收集到的气体的颜色。

（3）关闭电源，打开u形管两端的橡皮塞，分别向溶液中滴加1～2滴酚酞溶液，观察现象。

如果按照课本上的要求进行实验，可能存在如下问题：

（1）氢气的检验很难成功。笔者经过多次实验，并和众多同仁探讨该实验成功的几率，均感氢气检验的成功率极低，在实验时2分钟后检验收集到的氢气时，根本听不到轻“噗”声或爆鸣声；（（2）检验电解产物氯气时，氯气扩散会污染空气，引起师生中毒咳嗽、

鼻咽疼痛。

笔者通过研究，对上述实验进行了改进，取得了成功。

首先，我们对“氯气的污染”问题进行了两处改进：其一（改进一）：将实验步骤（3）改为，在开始通电之前就在u形管两端滴加1～2滴酚酞溶液，这样不仅现象明显，而且对比a、b两极溶液是否都变红，而且可以避免实验后打开橡皮塞时氯气对空气的污染；其二（改进二）：将实验步骤（2）进行进一步完善，把湿润的淀粉碘化钾试纸放在导管b中（如图2 b处所示）。这样，在实验时可以清楚地观察到开始时“湿润的淀粉碘化钾试纸”变成蓝色，并在1～2分钟后又褪成白色。改进后的实验，不仅可以很好地检验出氯气的产生，而且，也可以避免了氯气的污染。同时，还可以启迪学生对“变蓝的试纸为什么又褪成白色？”进行探究，为后面“氯气的性质”的教学打下伏笔。

其次，我们对“检验氢气成功率极低”的原因问进行了探究，并进行了相应的改进。氢气的爆炸极限为4%～74.2%，只要小试管中氢气的体积分数>4%，在点燃时就很容易产生轻“噗”声或爆鸣声。因此，笔者认为，氢气的检验失败的原因主要在于：电解饱和食盐水产生氢气的速率太小，在2min内，小试管收集到的氢气太少甚至几乎没有收集到氢气。

电解质溶液的电导能力g=ka（截面积）l（距离），电导率k 与电解质溶液的浓度与性质有关，（1）在相同条件下的一定范围内，离子的浓度愈大，电导率愈大；（2）离子的迁移速度愈快，电导率

愈大；（3）离子所带的电荷数越高，电导率愈大。当外部条件固定时，对于同一电解质（2）（3）点是确定的，电导取决于溶液的浓度。本实验电解的是饱和食盐水，溶液的浓度一定，则k为定值不可变，因此，我们只能从调节a和l的角度对实验进行改进（改进三）：①使用内径较大的u形管，②采用较粗、较长的电极。这样，可以缩短两电极间的距离，增大电极与电解质溶液之间的接触面积，使导电截面积增大，从而大大加快了电解速率，提高了实验成功率，改变了实验效果。

电量q=it、电流强度i=u（电压）r（内电阻），在内电阻一定时，欲获取较多量的氢气，一可以适当延长电解时间，在开始通电前就将小试管套在导气管（a管）上（改进四）；二可以增大电解电压。在实验时采用25v的直流电压，可以获取理想的效果。

为了能使小试管在较短的时间内收集到氢气，我们对实验装置又进行了两处改进：其一（改进五）：分别在两个电极上各加一个橡皮塞（如图2 c处所示），这样可以预先排出u形管中部分空气，便于氢气（氯气）的尽快排出；其二（改进六）：将导出氢气的玻璃管（a管）与乳胶管连接的一端做得很短，用乳胶管连接u形管具嘴时，直接与具嘴接触（阳极处也应这样连接，可以尽量避免氯气对乳胶管的腐蚀），并将插入小试管部分的导管进行拉细处理（如图3所示），这样在取下小试管时，可以避免导管对试管内气体的影响（否则，导气管将占据小试管中的不少空间）。

通过多次试验，我们觉得还应该注意以下细节：

①要使用口径较小的试管（可以尽快集满氢气），尽量避免室内空气流动对氢气收集的影响。实验时我们采用了ф12mm×70mm小试管。②u形管内的饱和食盐水液面不能太高，而且处理尾气的导气管不能插入氢氧化钠溶液中太深，否则氯气不易排出，易引起阳极管内气压变大，使阴极食盐水液面上涨，溢进导气管使之堵塞，致使氢气不易排出，甚至收集不到氢气。③铁夹最好夹在u形管与石墨棒相连一端的中部，这样可以便于观察铁棒周围的溶液颜色变化。④避免实验时间过常，否则oh-离子移动到阳极时电解会产生氧气；重复实验时，换掉饱和食盐水后要将铁棒洗净（可先用稀盐酸处理），否则，铁棒上残留的naoh遇到预先滴入的酚酞溶液，会使溶液在通电前就变成红色，影响实验现象。⑤导气管b内湿润的淀粉碘化钾试纸凹面面对学生（便于学生观察得更清晰）。

改进后的实验步骤：

（1）在u形管（ф15mm×150mm的u型具支干燥管）内装入适量饱和食盐水，在u形管两端分别滴加1～2滴酚酞溶液，在导出氯气的导气管内放入湿润的淀粉碘化钾试纸，用铁夹夹住u形管碳棒一端中部（固定在铁架台上），按照图2所示进行仪器组装。

（2）接通25 v直流电源，先观察u形管内的变化，再观察导气管b处湿润的淀粉碘化钾试纸的变化。

（3）通电一段时间后，取下小试管，并迅速用拇指堵住试管口，移近点燃的酒精灯，松开拇指，观察现象。

改进后的实验效果：一、通电后，两电极气泡产生的速率很快；

导气管内湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝色后褪色，现象明显。二、氢气的检验相当成功：①如果阳极使用5号电池的碳棒（ф8mm×57mm）、阴极使用ф5mm×75mm的钢钉，则收集到的氢气3分钟内即可以爆鸣，确保演示实验在5分钟内成功。②如果阳极使用ф6mm ×150mm的碳棒、阴极使用ф6mm×150mm的钢筋，则收集到的氢气1分钟内即可以爆鸣，确保演示实验在2分钟内成功。