電解飽和食鹽水的實驗設(shè)計

劉克美

(貴州省遵義市余慶縣他山中學(xué) 貴州 余慶 564400)

電解飽和食鹽水是高中化學(xué)人教版選修四第四章第三節(jié)科學(xué)探究中的一個設(shè)計實驗，電解飽和食鹽水的開展能幫助學(xué)生從直觀上認(rèn)識電解池，而電解池是近幾年高考的必考考點之一。因此電解飽和食鹽水的開展在高中化學(xué)中至關(guān)重要。書中電解飽和食鹽水采取在U型管中進行，但陽極產(chǎn)生的氯氣有毒，缺乏尾氣處理；陰極沒有氣體產(chǎn)物的檢驗。因此出現(xiàn)了很多的電解飽和食鹽水改進裝置。但目前看到的裝置改進亦或者解決了陰陽極氣體產(chǎn)物的檢驗和陽極尾氣的處理，但是裝置復(fù)雜。亦或者裝置簡單但沒有對陰陽極的氣體產(chǎn)物進行檢驗。而我設(shè)計了裝置簡單易得的、且有對檢驗陰陽極氣體產(chǎn)物又有陽極尾氣的一個裝置。

1.實驗原理

在電解飽和食鹽水中，兩鉛筆芯做電極，只是陽極鉛筆芯的表面積是陰極的兩倍。

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反應(yīng))

陰極：2H++2e-=H2↑(還原反應(yīng))

2.實驗改進

許多文獻給出了電解飽和食鹽水實驗的改進方法，其中不乏亮點。關(guān)曉鵬[1]在電解飽和食鹽水實驗改進中，使用鉛筆作為電極，用飽和食鹽水浸濕的濾紙作為電解槽，如圖1所示。實驗時將鉛筆與濾紙接觸，接通電源進行實驗?？梢栽跒V紙中使用淀粉碘化鉀溶液和酚酞對實驗結(jié)果進行檢測。雖然該實驗裝置簡單易得，但沒有對陰陽極的產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物進行檢驗。不利于學(xué)生對電解池原理的認(rèn)識。

黃炫晟[2]在電解飽和食鹽水實驗的改進中，如圖2，使用兩支U形管作為電解池，用鹽橋連接裝置，對兩極產(chǎn)物有檢驗，改進后的實驗裝置設(shè)備常見，現(xiàn)象明顯。但設(shè)備可以再簡化和易得。

圖2 李炫晟實驗改進示意圖

在上述實驗裝置的改進基礎(chǔ)上，筆者將此裝置改進如下，如圖3。

圖3 實驗裝置示意圖

2.1 電解在帶支管的U型管中進行，U型管中部制成高低不一的鹽橋。使陽極空間小些，陰極空間大些。

2.2 在陽極的電解質(zhì)溶液為飽和的食鹽水，陰極的電解質(zhì)溶液為5mol/L的食鹽水，且陰極電解質(zhì)溶液的體積是陽極的電解質(zhì)溶液的兩倍。陽極產(chǎn)生的氣體用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗。多余的氯氣的在支管口玻璃球里用蘸滿20%NaOH溶液的脫脂棉來吸收。陰極的產(chǎn)生的氣體用內(nèi)徑為3mm的導(dǎo)管導(dǎo)出，待反應(yīng)一分鐘后將陰極裝置中的空氣排出后，將導(dǎo)管尖嘴放入泡泡水中收集，收集到大量泡泡后，關(guān)閉電源移開導(dǎo)管，點燃?xì)馀輽z驗陰極的氣體。

2.3 陰陽兩電極是鉛筆芯。且陰極鉛筆芯的表面積的陽極的兩倍。陰陽兩端口用硅膠塞封口。

3.材料和方法

3.1 實驗儀器和藥品。

(1)實驗儀器。學(xué)生電源、鐵架臺、帶支管的U型管、3.0mm鉛筆芯，2根導(dǎo)線、2個硅膠塞、膠頭滴管、玻璃球、導(dǎo)管、橡膠管、蒸發(fā)皿、絕緣膠布、脫脂棉。

(2)實驗藥品。飽和食鹽水、5mol/L食鹽水、20%NaOH溶液(6mol/L)、酚酞溶液、淀粉碘化鉀試紙、蒸餾水、鹽橋。

3.2 實驗步驟。

(1)實驗前：按圖3裝置連好，裝好藥品。

(2)實驗中：按下電源，通電后，觀察陰陽兩極現(xiàn)象。

(3)實驗結(jié)束后：關(guān)閉電源，在通風(fēng)櫥中拆卸裝置，拆卸陽極時：打開陽極硅膠塞并用鑷子夾取蘸透20%NaOH溶液的脫脂棉去吸收陽極空間里的氣體后再進行后續(xù)拆卸。

3.3 實驗現(xiàn)象。通電后，陽極產(chǎn)生黃綠色氣體，并能使?jié)駶櫟牡矸?KI試紙變藍(lán)，陰極滴有酚酞的溶液逐漸變紅，1分鐘后將陰極的導(dǎo)管伸入泡泡水中，待收集到大量氣泡后，移開導(dǎo)管，關(guān)閉電源。用明火靠近氣泡。聽到尖銳的爆鳴聲。

4.實驗改進

創(chuàng)新點：“三個不相等”

(1)使陰陽極空間不相等。

(2)使陰陽兩電極的表面積不相等。

(3)使陰陽兩極電解質(zhì)溶液的濃度和體積不相等。