浅谈电解水实验的改进

浅谈电解水实验的改进

洪湖市第十一中学：周少义初级中学化学教科书中电解水的实验是要求学生必做的实验之一，该实验主要目的是让学生探究水是由氢、氧两种元素组成的，是初级中学化学实验中一个重要而有趣的实验，对于培养学生的实验兴趣和创新能力起着积极的促进作用。目前由于我国一些地区初中阶段学校的实验设备不健全，很多学校没有条件提供实验仪器与试剂，大多数学生只能“可远观不可近玩也”无法自己动手做这个实验，更无法进行深入探究与学习。初级中学化学教科书上提供的电解水简易装置如图1所示，存在着一些不足：第一电极不稳定，不利于气体的收集和检验；第二如果产生气体的量比较少，现象不明显，气体检验不方便；第三为了增强溶液的导电性往往要在水中加入少量氢氧化钠或稀硫酸，在操作实验时导线和电极都要和水接触。为了克服这些不足，这里设计了如图2的电解水实验简易装置，材料简单易得，现象明显，学生自己动手可以制作实验装置，对于开发学生潜力，培养学生创新能力起着积极的促进作用。

图1 初中化学教科书中电解水装置图2 改进后的电解水实验装置

一、实验器材

10ml医用注射器2个，1.5cm长铅锑合金保险丝2根（相同规格）、青霉素瓶橡皮塞两个，低压电源（用6节干电池代替），带外皮的导线2根（约25cm），502胶水（一瓶），透明塑料水槽（可用2.5升的饮料瓶代替）一个，蜡烛一支，木板一块（直径略大于塑料水槽的口径），硬纸片（垫平水槽用）。

二、选材工作

1、电极的选取：实验选用铅锑保险丝做电极。之前很多人也做过此实验的改进，选用最多的电极材料主要有石墨棒、保险丝、镀铬曲别针、大头针、铜片，但是曲别针和大头针表面积太小，电解速率慢，而且与导线结合部在装置安装和拆卸过程中，由于扭动，镀铬层很易破损，导致铁芯裸露；石墨棒虽是很好的惰性电极，但其疏松空隙较大，对气体的吸附作用强，逸出气体的速率太慢，另外在制取过程若处理不当，对环境污染也较大；铜丝做电极，电解时易被产生的氧气氧化，影响氧气的生成量。而铅锑合金的保险丝以上不足均能克服，是相对较好的电极材料。

2、电解液的选取：一般电解液用的是15%的NaOH溶液或1:10的稀H2SO4溶液，也有用饱和Na2CO3溶液进行实验[4]。这里用15%的NaOH溶液和饱和Na2CO3溶液分别进行实验，发现电压为10V时，用15%的NaOH溶液收集满氢气需要2-3分钟，收集满氧气需5-7分钟，而用饱和Na2CO3溶液收集满氢气需6-8分钟，收集满氧气需11-15分钟。虽然用饱和Na2CO3溶液反应速率稍微慢一些，但其取材方便，操作时可以避免受到伤害，安全性好，实验中选用饱和Na2CO3溶液做为电解液。

三、实验步骤

1、制作电极：在塑料水槽底部用烧红的细铁丝烧两个小孔，孔直径约与保险丝直径一致，孔间距约5厘米，把电极穿过青霉素瓶橡皮塞中心，用502胶水把橡皮塞和电极粘在小

孔上，电极穿过小孔，用蜡把橡皮塞与小孔之间的空隙封好。

2、制作固定架：在木条间打两个小孔，距离与水槽底部孔距相同，大小能使注射器针头刚好插入。

3、配置电解液：配置饱和Na2CO3溶液200mL。

4、连接装置：用硬纸片把已固定好电极的水槽下边垫平，加入配好的饱和Na2CO3溶液，液面高度要能浸没注射器，拔去注射器的针头和活塞，插入水中，罩在保险丝上，当空气从安装针头处排净后装上针头，再将木板放在水槽上，针头穿过木板上的小孔，将注射器固定住并用蜡封针头。

5、电解水：将导线与露在水槽外部的保险丝连接后，用塑料包扎一下做好对外绝缘，再与电源正负极相连，接通电源，两支注射器中就会出现气泡，收集过程中观察到与负极相连的注射器中气体的体积大约是与正极相连的注射器中气体体积的2倍，最后将两支注射器收满气体。

6、检验气体：负极气体的检验，是将充满气体的注射器垂直移到水面，迅速按上活塞，然后将针头放入蜡烛火焰中，当针头发红时推动活塞，将针头从火焰中移出，针头上会有淡蓝色火焰喷出，用冷而干燥的烧杯罩在火焰上发现有水雾，说明是氢气，现象明显，如图3所示。正极气体的检验，是将另一活塞用同一方法取出水面，迅速将带火星的木条插入注射器筒里，木条会复燃，说明是氧气。

图3 氢气的检验

四、实验改进后的优点

取材简单广泛，充分利用了生活资源如饮料瓶，一次性注射器，木板，纸板，蜡烛，502胶水等。针筒有刻度，观察产生气体的体积比清晰明了，实验现象明显，易于观察。装置固定，便于操作。所选溶液容易得到且避免了在操作过程中对手的伤害，用保险丝做电极，减小用石墨棒做电极时对氧气的吸附，避免其它金属电极在电解时因参加电极反应减小氧气生成量，或因被氧化而消耗氧所造成的误差。导线在水槽外部与电极相连，避免了导线在溶液中因金属部分裸露，而作为活泼电极参加电极反应影响实验现象与结果。为学生自己动手做实验提供更大的空间，学生自己动手做实验是培养学生学习化学兴趣的极佳方法，激发了他们的求知欲，培养学生的创新精神，同时也能很好的提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，对学生探究能力的培养有重要意义。符合可持续发展战略思想和绿色化学的新理念。

化学实验进行不断的改进和创新，会保持化学实验在化学教学I}l的独特魅力使化学充满生命和活力，使化学教学更切合教学改革的潮流、适应素质教育和创新教育的需求。化学实验改进或创新本身就是一种创新精神的体现，为学生树立一个楷模的作用。让学生一起参与实验的设计和操作过程，并对实验的结果的作出评价，可以直接受到科学方法的熏陶和训练，这对学生科学素质(包括对科学知识的理解、对科学过程和方法的理解以及科学对社会的作用的理解)的提高和创新精神的培养，动手能力的培养十分有利。