電解飽和食鹽水實驗裝置的新設計

李楠 羅兵 唐其生

摘要： 利用實驗室中常見的儀器——三頸燒瓶等設計一套電解飽和食鹽水的實驗裝置，具體介紹實驗改進后的實驗用品、實驗裝置、實驗步驟和實驗方法。該套裝置不僅儀器常見易得，而且操作簡單、現(xiàn)象明顯、趣味性強、基本無污染，以最短時間可以實現(xiàn)最佳的實驗效果，十分適合于課堂演示。

關鍵詞： 電解飽和食鹽水; 改進裝置; 實驗探究

文章編號： 10056629（2019）4006603中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1 問題的提出

電解飽和食鹽水是高中化學的重要實驗之一，通過對該實驗的深入分析，不僅可幫助學生較好地理解電解反應的原理，還可讓學生體會到科技進步對工業(yè)發(fā)展的巨大推動力。

在現(xiàn)行滬教版高一教材第二章“開發(fā)海水中的鹵素資源”第一節(jié)“以食鹽為原料的化工產(chǎn)品”圖2.5中出現(xiàn)了該實驗的裝置[1]，見圖1。然而圖示中所使用的裝置在大部分中學實驗室并未普及，所以教師通常會按照魯科版教材所示裝置進行實驗（即利用帶有支管的U形管，見圖2）。該套裝置儀器雖常見易得，但在實際操作過程中卻存在以下三點不足： 一是氣體制備、收集、檢驗的實驗是分開進行的，所涉及到的儀器較多、操作繁瑣;二是兩極看到氣泡速度雖快，但要收集一試管的H2，仍需要較長一段時間，一定程度上降低了課堂的時效性，而且產(chǎn)生的H2會混入空氣，進行點燃或爆鳴時不易成功，影響實驗效果;三是驗證Cl2時，Cl2容易逃逸到空氣中而污染環(huán)境，不利于培養(yǎng)學生的環(huán)保意識。

針對以上問題，查閱了大量文獻，發(fā)現(xiàn)已有不少同行對該實驗做了改進研究，取得了較多成果。

如林靜靜“電解飽和食鹽水的微型實驗改進”[2]，

見圖3。該套裝置用電池盒來代替笨重的學生電源，以極細的鉛筆芯作電極，用培養(yǎng)皿來作發(fā)生裝置，不僅簡化了實驗教具，而且試劑用量少，現(xiàn)象明顯，節(jié)能又環(huán)保。但是，微型實驗裝置適合于學生分組實驗，若將其作為課堂演示實驗可視性較差。

又如陳花蕊的“J型管改進電解飽和食鹽水實驗”[3]，見圖4。該套裝置具備傳統(tǒng)裝置中清楚展示電解過程的優(yōu)點，且利用J型管將氯氣封閉起來，不僅便于學生觀察氯氣的顏色，同時不會造成環(huán)境污染，符合綠色環(huán)保理念。然而，J型管在大部分普通中學實驗室并不常見，而且根據(jù)J型管長短加工成的一長一短的石墨棒也不易尋找。

陳達等“電解飽和食鹽水的新改進”[4]，見圖5。該裝置選用排水法收集氣體，在試管底部戳一個直徑約為3mm的小孔，便于檢驗實驗操作時點

燃H2，且Cl2逸出量少，污染小。但該裝置在制作時存在一些困難，試管底部的小孔要用酒精噴燈燒至紅熱，然后用鐵釘戳制而成，耗時耗能，得到的孔徑可能大小不一，易導致試管破裂浪費，小孔雖有利于氣體的檢驗，但也增大了電阻，需要用28V以上的電壓才能實現(xiàn)明顯的實驗效果。

張亞文等“電解飽和食鹽水實驗的改進”[5]，見圖6。利用亞克力板自制的離子交換膜電解槽輕巧易攜帶，兩個氣孔被膠帽堵住，氣體不會逸出，且膠帽還便于在后續(xù)檢驗過程中將注射器直接插入吸取氣體，操作十分方便;由于陽離子交換膜的作用，通過酚酞檢驗兩極產(chǎn)物時陰極室的紅色溶液不能擴散到陽極室，不僅便于學生理解產(chǎn)物，也大

大激發(fā)了學生的學習熱情。然而，該電解槽形狀特殊，普通亞克力板硬度低、延展性差，自己很難制作成功，尋問淘寶上多家亞克力加工廠也以工藝有限制為由拒絕加工，給裝置的制作帶來困難，而且裝置中所使用的陽離子交換膜價格十分昂貴，若是按照陽離子膜的制備工藝流程來制作，操作又十分復雜，不便于學生分組實驗和普及使用。

集合教材及諸多文獻資料對該實驗設計的優(yōu)點，經(jīng)取長補短、綜合平衡，設計了如下該實驗的再改進裝置。

2 實驗再改進

2.1 實驗原理

陽極： 2Cl--2eCl2↑

陰極： 2H++2eH2↑

總反應方程式： 2NaCl+2H2O通電2NaOH+Cl2↑+H2↑

2.2 實驗用品

儀器： 學生電源、250mL三頸燒瓶、長頸漏斗、石墨棒（5mm×80mm）、5mL針筒、鱷魚導線夾、鐵架臺、橡膠塞、翻口塞、酒精燈、火柴

藥品： 飽和食鹽水、淀粉碘化鉀溶液、酚酞試劑

2.3 實驗裝置

2.4 實驗步驟及現(xiàn)象

（1） 組裝儀器，加入試劑。

按圖7搭建好裝置后，加入飽和食鹽水直至三頸燒瓶左右兩口處，以保證最終收集的氣體純凈，并滴入4～5滴酚酞試劑。

（2） 接通電源，開始電解。

用導線將石墨電極分別與電源的正負極相連，接通電源，調(diào)節(jié)電壓為15V，反應開始。觀察到兩極立刻產(chǎn)生大量氣泡，長頸漏斗中液面上升，與電源負極相連的陰極附近顏色變紅。

（3） 關閉電源，檢驗氣體。

當長頸漏斗中的液面快滿時可停止反應，整個過程約2min。

① 檢驗氯氣。取一支注射器（帶針頭，下同），先吸取少量淀粉碘化鉀溶液，再插入陽極翻口塞中，抽出少量氣體，淀粉碘化鉀溶液變藍，證明產(chǎn)生的氣體為氯氣。

② 檢驗氫氣。另取一支注射器，插入陰極翻口塞中，抽出少量氣體，將注射器移至酒精燈處，緩緩推出氣體，氣體安靜地燃燒，火焰呈淡藍色，證明產(chǎn)生的氣體為氫氣。

2.5 實驗優(yōu)點

（1） 儀器常見，操作簡單。

利用實驗室中常見的儀器——三頸圓底燒瓶搭建了一套集制備、收集、檢驗于一體的電解裝置，既簡化了實驗操作，又避免了自制實驗教具的麻煩。

（2） 耗時短，現(xiàn)象明顯。

所用玻璃儀器大且透明，可視性極佳，陰陽兩極產(chǎn)生氣泡、長頸漏斗中液面上升、陰極附近溶液顏色變紅等現(xiàn)象都非常明顯，在產(chǎn)物檢驗過程中，不用收集一試管的氫氣，大大縮短了實驗時間，提高了教學效率，且所得氫氣純凈，驗證安全。

（3） 基本沒有污染。

整個實驗過程都是在密閉環(huán)境中進行的，氯氣沒有泄露，實現(xiàn)零污染;飽和食鹽水還可重復利用，如需下一個班級使用，只要在溶液中滴入鹽酸，調(diào)節(jié)溶液的pH至中性即可，有效避免了藥品的浪費。

（4） 趣味性強，成功率高。

利用注射器針筒集氣取用方便、純度高，極大提高了實驗的成功率，使得整個實驗過程一氣呵成，期間所展現(xiàn)出的顏色變化等現(xiàn)象不僅增添了化學的魅力，更大大激發(fā)了學生的探究熱情。

（5） 適用性廣，實用性強。

上述實驗裝置同樣適用于其他電解質(zhì)溶液、其他電極材料的電解，例如將其應用于電解水、電解氯化銅溶液依然能取得成功。

3 實驗展望

查閱文獻可知[6]，電壓越大，電極間距離越小，?電極材料長度越長，電解速率就越大。該套實驗裝置盡管不能改變電極間的距離，但可研究不同電壓、不同電極長度、不同粗細的鉛筆芯對電解速率的影響，把單純的演示、驗證性實驗轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑接懎h(huán)節(jié)的探究性實驗。同時，實現(xiàn)定性到定量，本套裝置可隨時定量測定兩極產(chǎn)生氣體的體積，由實驗中V（H2）>V（Cl2）引發(fā)學生作深入的探究思考。

參考文獻：

[1]上海市中小學課程改革委員會. 高級中學課本·化學（高一上）[M]. 上海： 上?？茖W技術出版社， 2015： 26.

[2]林靜靜. 電解飽和食鹽水的微型實驗改進[J]. 中學生導報， 2013， （6）： 96.

[3]陳花蕊. J型管改進電解飽和食鹽水實驗[J]. 中學化學教學參考， 2015， （6）： 61～62.

[4]陳達， 莊華清. 電解飽和食鹽水的新改進[J]. 化學教學， 2012， （11）： 49～50.

[5]張亞文， 黃彥新. 電解飽和食鹽水實驗的改進[J]. 實驗教學與儀器， 2016， （12）： 26～27.

[6]竇卓. 電解飽和食鹽水的創(chuàng)新裝置[J]. 化學教學， 2016， （7）： 50～53.