電解CuCl₂溶液的微型化改進

陳柳青

摘要：電解在人類文明和科技發(fā)展中具有重要地位。高中階段，多種版本的教材中電解均出現(xiàn)在《化學反應原理》的電化學基礎專題中，且都是以電解氯化銅為例分析電解原理。從培養(yǎng)學生化學核心素養(yǎng)角度對此實驗進行微型化改進。

關鍵詞：電解氯化銅；微型實驗；化學核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2017）12-0088-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.12.031

一、創(chuàng)意來源

1807年英國科學家H·戴維通過電解熔融苛性堿的方法制取鉀、鈉，開創(chuàng)了冶金工業(yè)新紀元，現(xiàn)在電解已廣泛用于金屬的冶煉和提純，以及電鍍工業(yè)，為人類文明和科技發(fā)展做出很大貢獻。高中階段，電解原理是電化學的重要基礎理論，在人教版《選修4化學反應原理》第四章電化學基礎第三節(jié)電解池，以及蘇教版《化學反應原理》專題1化學反應與能量變化第二單元化學能與電能的轉化中，都用電解CuCl₂溶液的實驗來分析電解原理。教材都在U型管中進行Cu-Cl₂溶液電解，主要為教師演示實驗。有以下一些不足：

用量較多，每次大約30mL左右。時間稍長，教室里就有較濃的氯氣味道，尾氣不易處理，不符合綠色化學理念。教師演示時，坐在教室后面的學生看不清實驗現(xiàn)象。不適合學生分組實驗，讓學生失去了動手探究的好機會。

從提高學生自主探究能力，以及解決氯氣污染問題、實驗可視性等角度考慮，設計此微型實驗。

二、實驗用品

儀器：交直流低壓多用電源、帶鱷魚夾導線2根、兩頭尖2B鉛筆2根、塑料滴管1支、100mL燒杯1個、玻璃三通管、鑷子、培養(yǎng)皿。

藥品及其他用品：0.1mol/LNaOH溶液、0.5mol/LCuCh溶液、淀粉碘化鉀試紙、蒸餾水、脫脂棉。

三、實驗裝置

四、實驗原理

陰極產(chǎn)生紅色固體推測生成銅單質，陽極產(chǎn)生氣泡且使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{推測生成氯氣。

五、實驗步驟及現(xiàn)象

（1）加入棉花和試紙。用銅絲將棉花條塞進三通管中間，將碘化鉀淀粉試紙置于垂直管中，用塑料滴管吸取蒸餾水潤濕，塞上棉花。

（2）加入試劑。用塑料滴管把0.5mol/LCuCl₂溶液滴加到三通管中間的棉花中，將0.1mol/LNaOH溶液擠入垂直管中的棉花。

（3）接通直流電源。將鉛筆插入三通管兩側，用鱷魚夾接通14V直流電源（12V以下反應較慢，14V和16V速率相差不大）。

（4）實驗現(xiàn)象。5秒后即可觀察碘化鉀淀粉試紙變藍；25秒左右接電源負極的棉花團處及筆芯端頭出現(xiàn)明顯紅色物質，接電源正極的一端產(chǎn)生大量氣體；45秒左右碘化鉀淀粉試紙藍色褪去。

（5）關閉電源。

六、設計特色

（1）踐行綠色化學理念，培養(yǎng)科學精神

改進后的實驗裝置有如下優(yōu)點：

①簡單、便捷。棉花可以固定溶液，不會到處流淌，換藥品方便。

②節(jié)約用量，尾氣量少。各種藥品只需幾滴便可，幾乎聞不出氣味。

③適合分組實驗。玻璃三通管可以直接平放于桌面，便于學生近距離觀察現(xiàn)象。增加學生實驗探究機會，充分調動學生的學習積極性。

④用鉛筆代替石墨棒，將生活中的元素融入實驗，可激發(fā)學生探究和創(chuàng)新意識。

實驗設計和課本上不一樣，裝置前后的變化、優(yōu)缺點對比等，尤其是簡單、便捷、污染小、現(xiàn)象明顯等優(yōu)點會激發(fā)學生的科學探究和創(chuàng)新意識。通過踐行綠色化學理念，提升嚴謹求真、勇于質疑的科學精神和社會責任。

（2）提高核心素養(yǎng)，促進認知提升

實驗現(xiàn)象明顯，尤其是陰極產(chǎn)生紅色物質（Cu），陽極產(chǎn)生使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{的氣體（Cl₂），這有助于提高學生從宏觀現(xiàn)象轉入到離子遷移、得失電子等角度進行微觀探析的能力，從而更好地理解電解原理，提高宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。裝置還可用于不同溶液的電解探究，有助于學生提高知識遷移能力。在學生通過實驗自主建構知識的同時也有助于教師突破教學重難點。endprint