對“電解水實(shí)驗(yàn)原理示意圖”裝置的改進(jìn)

常秀柏

摘 要： 作者針對貧困地區(qū)中學(xué)實(shí)驗(yàn)課受經(jīng)濟(jì)條件限制，實(shí)驗(yàn)儀器少而導(dǎo)致“一人做，多人看”的現(xiàn)象，結(jié)合通用技術(shù)思想，在我校大力開展的自制教具活動中，利用塑料制品和現(xiàn)有儀器自制了“高精度低成本水電解器”。實(shí)驗(yàn)原理簡單，實(shí)驗(yàn)方法簡捷，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，對電解生成的氣體體積的測量十分準(zhǔn)確，藥品用量少，操作安全，很容易被學(xué)生接受。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)探究式教學(xué) 高精度低成本 水解器 實(shí)驗(yàn)裝置

本節(jié)課從設(shè)計(jì)和優(yōu)化化學(xué)探究式教學(xué)入手，將通用技術(shù)內(nèi)涵的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、流程和控制四大要素運(yùn)用于探究性化學(xué)課堂教學(xué)中，把化學(xué)探究與技術(shù)實(shí)踐通過發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的創(chuàng)新環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，巧妙地使設(shè)計(jì)與技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)融合，使學(xué)生在探究過程中既學(xué)會化學(xué)知識，又掌握一定的技術(shù)思想，還提高自身的實(shí)踐、交流和表達(dá)能力。

人教版（2004年初審?fù)ㄟ^）普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書①（必修）第11頁“化學(xué)計(jì)量在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用”這節(jié)中，在探討氣體摩爾體積時(shí)，教材安排了這樣一個(gè)“科學(xué)探究”實(shí)驗(yàn)裝置，見圖1 。我們在“科學(xué)探究”時(shí)發(fā)現(xiàn)：①教材裝置中收集氣體的試管沒有刻度，電解時(shí)產(chǎn)生的氫氣和氧氣只能憑借肉眼粗略地觀察出體積的相對比值；②試管和電極都無法固定，給操作帶來不便。所以，應(yīng)當(dāng)在準(zhǔn)確測定氣體體積和裝置的固定這兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。于是，筆者設(shè)計(jì)了 “高精度低成本水電解器”實(shí)驗(yàn)裝置（見圖2 ），它能準(zhǔn)確地測量出電解產(chǎn)生的氣體體積，不僅使定性實(shí)驗(yàn)定量化，而且為本節(jié)“氣體摩爾體積”的教學(xué)提供準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)介紹如下：

圖1 圖2

一、制作材料及方法

1.材料

10mm×150mm試管2支（或10 ml量筒2個(gè)）、輸液吊桶1個(gè)、輸液器上的小橡膠帽2個(gè)、橡膠塞2個(gè)、大頭針2枚、透明膠帶若干。

2.方法

（1）制作儲氣管

用注射針管分別給兩支內(nèi)外潔凈的試管內(nèi)加水，每加1ml，在水面處用油質(zhì)筆劃一橫線，各劃8條橫線后用透明膠帶粘壓劃痕，以防被水洗掉?；蛘咧苯佑?0 ml量筒。

（2）制作電解槽

①在吊桶底部兩側(cè)割挖兩個(gè)長形大孔，使兩支倒立的試管（或10 ml量筒）能豎直插入其中。

②在吊桶蓋適當(dāng)位置鉆兩個(gè)塞橡膠塞的圓孔，將插著大頭針的兩個(gè)橡膠塞，針頭朝里塞入吊桶蓋的兩個(gè)圓孔內(nèi)；再給兩個(gè)通氣嘴套上小橡膠帽，給濾氣嘴上墊一層塑料薄膜，以防漏液。

③在吊桶蓋邊沿涂一層凡士林，蓋上蓋子后不漏液。

（3）組裝演示器

將兩支自制儲氣管（或10 ml量筒）倒扣在兩電極座（橡膠塞）上，給倒立的吊桶底端的導(dǎo)管內(nèi)穿線、打結(jié)后懸掛即成“高精度低成本水電解器”，見圖2 。

二、實(shí)驗(yàn)方法（以電解水為例）

根據(jù)圖3所示的電解水原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。給電解槽內(nèi)加約150ml水，電解槽兩電極座上倒扣充滿水的儲氣管（或10 ml量筒）（給儲氣管先裝滿水，蓋上小紙片，然后慢慢倒立并插入電解槽內(nèi)的溶液中），連接好電路，合上開關(guān)，兩手同時(shí)提高兩儲氣管1至2cm，兩電極上即刻產(chǎn)生氣泡。片刻后放下儲氣管，關(guān)斷電源，發(fā)現(xiàn)兩儲氣管內(nèi)氣體的體積比是1（陽極） ：2（陰極）。檢驗(yàn)電解產(chǎn)物，用左手輕輕取出倒立在陽極上的試管，管口向上，右手將一支帶有火星的衛(wèi)生香深入試管內(nèi)，衛(wèi)生香復(fù)燃，證明陽極上產(chǎn)生的是氧氣，隨后用右手輕輕取出倒立在陰極上的試管，管口向下，移動到酒精燈火焰上，聽到有爆鳴聲，證明陰極上產(chǎn)生的是氫氣。反應(yīng)的方程式為 ：

2H■O■2H■↑（陰極）+O■↑（陽極）

三、實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)

1.精度高

本實(shí)驗(yàn)裝置，能準(zhǔn)確地測量出電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積，使教材中的定性實(shí)驗(yàn)定量化，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果；同時(shí)為確定水的組成提供了可靠的理論依據(jù)。

2.好固定

此裝置是一個(gè)整體，可以隨意擺放和移動，一人可獨(dú)立操作，徹底解決了試管和電極無法固定的難題。

3.易組裝

此裝置由兩支試管（或10 ml量筒）和醫(yī)用吊桶組裝而成，制作簡單，為學(xué)生第二課堂活動做探究實(shí)驗(yàn)提供了難得的實(shí)驗(yàn)裝置。

4.低成本

其成本低且不影響現(xiàn)行課本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)效果，可解決貧困地區(qū)因資金短缺而難以開展實(shí)驗(yàn)課的問題。

5.用途廣

該儀器還可電解活潑金屬的含氧酸鹽（如硝酸鈉）水溶液、強(qiáng)堿（如氫氧化鈉）水溶液、含氧酸（如硫酸）水溶液等多種電解質(zhì)水溶液。

本節(jié)課的目標(biāo)是將通用技術(shù)思想融入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生自制教具的研發(fā)、創(chuàng)新意識，動腦動手的實(shí)踐能力，以及正確的價(jià)值觀。

此文系甘肅省“十二五”2013年度計(jì)劃重點(diǎn)課題《提高學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)綜合工程實(shí)施方略》的子課題《讓通用技術(shù)走進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室》的階段性研究成果。