以電解氯化銅的微型化實(shí)驗(yàn)為例談學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

徐 巖 吳曉紅

(1.寧夏大學(xué)，寧夏 銀川 750021;2.永寧縣回民高級(jí)中學(xué)，寧夏 銀川 750100)

以電解氯化銅的微型化實(shí)驗(yàn)為例談學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

徐 巖1,2吳曉紅1

(1.寧夏大學(xué)，寧夏 銀川 750021;2.永寧縣回民高級(jí)中學(xué)，寧夏 銀川 750100)

化學(xué)這門學(xué)科是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐能為學(xué)生正確認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化規(guī)律提供實(shí)驗(yàn)事實(shí),因此為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì).然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)耗材多，污染大，操作不方便，具有局限性，微型化實(shí)驗(yàn)的化學(xué)試劑用量一般只為常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾十分之一乃至實(shí)驗(yàn)幾千分之一，其效果卻可以達(dá)到準(zhǔn)確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究和應(yīng)用契合了當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供了方便.

微型化實(shí)驗(yàn)培養(yǎng);創(chuàng)新能力

如何通過微型化實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，結(jié)合微型化實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，它所使用的儀器小，試劑的用量少，能讓學(xué)生易于通過親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，親身感受，從三個(gè)維度上提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，本文以電解氯化銅的微型化實(shí)驗(yàn)探究為例進(jìn)行探討.

一、研究背景

氯化銅溶液中含有自由移動(dòng)的Cl-和Cu2+，通電后，在電場(chǎng)的作用下，離子定向移動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng)，陽離子向陰極移動(dòng)，在陽極，Cl-優(yōu)先于OH-放電，在陰極，Cu2+優(yōu)先于H+放電，使CuCl2電解質(zhì)溶液在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，陰極有紅色固體析出，陽極產(chǎn)生氣泡，有刺激性氣味的氯氣，能使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán).為了減小和避免實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的氯氣向空氣擴(kuò)散，改用微型化實(shí)驗(yàn)儀器，使用較少的溶液，同時(shí)能夠快速明顯的觀察到實(shí)驗(yàn)顯現(xiàn)，還能夠容易測(cè)量所析出的銅.

二、設(shè)計(jì)原理和過程

1.設(shè)計(jì)原理

氯化銅溶液中含有自由移動(dòng)的Cl-和Cu2+，通電后，在電場(chǎng)的作用下，離子定向移動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng)，陽離子向陰極移動(dòng)，在陽極，Cl-優(yōu)先于OH-放電，在陰極，Cu2+優(yōu)先于H+放電，使CuCl2電解質(zhì)溶液在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，陰極有紅色固體析出，陽極產(chǎn)生氣泡，有刺激性氣味的氯氣，能使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán).為了減小和避免實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的氯氣向空氣擴(kuò)散，改用微型化實(shí)驗(yàn)儀器，使用較少的溶液，同時(shí)快速明顯的觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

2.實(shí)驗(yàn)過程

(1)配置氯化銅:用電子天平稱量10g氯化銅晶體，將稱量好的晶體放入燒杯中，再用量筒量取90mL的蒸餾水，將量取的蒸餾水倒入燒杯中，用玻璃棒不斷攪拌，使氯化銅晶體全部溶解，形成溶液，再往配置好的氯化銅溶液中加入少量的鹽酸酸化，形成氯化銅的電解質(zhì)溶液(電解質(zhì)溶液的濃度為10%).

(2)電極的制作：將2B鉛筆表面的木屑削去，取出鉛筆中的石墨，截取長(zhǎng)約3cm的石墨棒2支，分別用兩根顏色不同的導(dǎo)線連接石墨碳棒的兩端，作為電極材料.

(3)將制作好的石墨電極放入微型集氣瓶中，塞上橡膠塞，用注射器吸取配制好的氯化銅電解質(zhì)溶液，將電解質(zhì)溶液注入微型集氣瓶中，然后放置在桌面上.

(4)將石墨電極的導(dǎo)線與電源正負(fù)極相連的鱷魚嘴線相連接，并將電源的電壓調(diào)到8V,打開電源開關(guān)，觀察現(xiàn)象.

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

通電一段時(shí)間以后，觀察到與電源正極相連的陽極石墨碳棒上有大量的氣泡產(chǎn)生，并產(chǎn)生少量刺激性氣味的氣體，用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙放在微型集氣瓶的上端，觀察到濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)，與電源負(fù)極相連的陰極石墨碳棒上有紅色的固體析出.

四、實(shí)驗(yàn)中的一些問題和現(xiàn)象的探究說明與解釋

1.電極的電壓不能過大，電壓在8～10N之間為宜，電壓過大容易使電源自動(dòng)斷電.

2.電解液氯化銅的濃度在10%左右，濃度過小，通電后無明顯的現(xiàn)象，在配置電解質(zhì)液時(shí)，向溶液中加入少量的鹽酸酸化的目的是提高Cl-的濃度，便于在陽極能夠迅速產(chǎn)生氯氣.

(3)兩個(gè)石墨碳棒的電極距不能太大，電極距太大，反應(yīng)的速率就慢，現(xiàn)象不是很明顯，因此，微型化儀器的使用可以滿足實(shí)驗(yàn)的需求.

五、創(chuàng)新部分

與傳統(tǒng)的電解氯化銅的實(shí)驗(yàn)裝置相對(duì)比，微型化實(shí)驗(yàn)儀器在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用比在傳統(tǒng)儀器的使用突出了以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.微型化儀器的使用，使實(shí)驗(yàn)容易操作，減少了對(duì)溶液的量的需求.

2.微型化儀器的使用，對(duì)電壓和電極距的要求減小，減少了能源的消耗，銅的析出的量很多，氯氣的量相對(duì)較少了，同時(shí)容易對(duì)所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行檢驗(yàn)和吸收.

3.使用微型化儀器，達(dá)到了化學(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯性和實(shí)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)易化，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)?；?

六、微型化實(shí)驗(yàn)從三個(gè)維度上培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力

1.知識(shí)與技能:在實(shí)驗(yàn)的過程中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所涉及的知識(shí)和原理對(duì)電解氯化銅的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，培養(yǎng)了學(xué)生批判性思考及問題解決的能力，在對(duì)原實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過程中，學(xué)生能夠?qū)?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行思考，提出更加合理的實(shí)驗(yàn)方案，在不斷實(shí)踐、不斷比較中改進(jìn)，直至最終解決問題.

2.過程與方法：在著手對(duì)課本上的常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化、綠色化的改進(jìn)過程中，學(xué)生能更好地獲得直接的感性經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)計(jì)的不斷觀察、思考、實(shí)踐，有效培養(yǎng)了創(chuàng)新能力，同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力.

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀：微型實(shí)驗(yàn)試劑用量很少，減少了污染，實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生必須細(xì)致認(rèn)真，這就培養(yǎng)了學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和良好習(xí)慣.

[1]萬平,周賢爵.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:中國(guó)石油出版社,2009.

[責(zé)任編輯：季春陽]

2017-05-01

徐巖(1987-)，女，寧夏永寧人，二級(jí)教師，在職研究生，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

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1008-0333(2017)19-0095-02