初中化學電解水實驗研究

趙紅　陳士元

摘要：人教版初中化學教材在第四單元《水的組成》章節(jié)中設計和安排了電解水實驗。該實驗設計的科學性沒有問題，但技術上存在不足，主要表現(xiàn)為教材上采用的電源提供的直流電壓不能滿足教學需要，教材中沒有詳細說明實驗過程中所用電解質的參數(shù)（名稱和濃度）。為此我們進行了多次實驗探究，尋求合適的電解質溶液和電源，獲得了一些經驗和體會。

關鍵詞：初中化學;電解水;改進

文章編號：1008-0546（ 2019）08-0095-02

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.08.031

一、問題的提出

我校初中化學使用的是人教版教材。在第四單元《水的組成》章節(jié)中設計和安排了電解水實驗。在相當長的時間內，我們對這一實驗帶有畏懼心理，主要原因是實驗操作時間長，裝置的玻璃管內聚集的氫氣和氧氣比例不對等問題無法解決，因而我們不太愿意做這個實驗。初中化學電解水實驗是學生了解水的組成，教師開展實驗教學的重點實驗。教材上沒有注明直流的電壓數(shù)值。從圖片來看，電源是一個學生電源，通常J1202學生電源提供的最大直流電壓為9伏。我們要求實驗員配電壓高一些的電源，結果化學實驗室沒有，物理實驗室J1201教學電源提供的最大直流電壓為12伏（物理學科只做低壓實驗）。學校的老師也提出了很多解決的方法，但是筆者認為都沒有取得突破性成果。

2017年版本的《江蘇省中小學理科教學儀器配備目錄》（初中分冊）35頁電源標準備注欄目中，學生電源的技術參數(shù)是：直流1.5伏到6伏，教學電源的技術參數(shù)是：直流1.5伏到12伏，對化學實驗室需要的電源是建議與物理實驗室共用。

這一配備標準沒有考慮到化學學科的具體要求，即電解水實驗操作中，大多數(shù)教師認為24伏以上才能滿足實驗教學要求，裝備標準存在明顯不足。

二、改進思路和實施方法

我們對這個實驗的主要改進思路就是提高電源電壓、加快反應速度。為什么教師在這個實驗上要追求反應速度，因為一個標準大氣壓和室溫下，氧氣比氫氣在水中的溶解度大，1體積的水最多可溶解0.031體積氧氣或0.0182體積氫氣。反應越快得到氫氣與氧氣的體積比越接近2：1。

目前實驗室沒有配備，決定采購但又發(fā)現(xiàn)凡是賣中小學實驗儀器的商家提供的電源都要是低壓的，怎么辦？有一天忽然靈機一動，我們常用的電瓶充電器也能提供直流電??！它是多少伏呢？再查得知常用的是48伏和72伏，對應的是4組和5組電瓶。

采購來的48伏充電器經過改造、試用效果不錯。但區(qū)教研員得知后，認為采用48伏電源做實驗，超過了36伏的人體安全電壓，建議再改進。這樣又采購到了36伏的充電器準備用來做實驗。

三、電解水實驗的探討

實驗器材：電解水裝置（霍夫曼水電解器）、充電器（12伏、36伏、48伏）、導線、天平、燒杯、量筒、膠頭滴管、氫氧化鈉、硫酸鈉、水等。

按電解水實驗收集lOmL氣體要求，如實將實驗數(shù)據(jù)記錄在表格中。

實驗數(shù)據(jù)分析：12V直流電壓太低，用幾種電解質，反應速率都慢，達不到實驗教學要求。48V直流電壓電解一定溶質質量分數(shù)的氫氧化鈉溶液，反應速率較快，但超過36V安全電壓，不作優(yōu)先考慮。用36V直流電電解一定溶質質量分數(shù)的氫氧化鈉溶液，反應速率比48V直流電要慢些，但實驗效果較好。

實驗結論：綜合考慮實驗安全因素和反應速度的協(xié)調，決定選用36V直流電。用36V電壓電解5%氫氧化鈉溶液反應速率較快，實驗效果較好。

實驗注意點：用氫氧化鈉溶液做電解液，電解裝置要充分潔凈[2]，氫氧化鈉要求比較純凈，否則容易在氣管的壁面上產生泡沫。氫氧化鈉有強烈的腐蝕性，使用時須十分小心，防止眼睛、皮膚、衣服等被腐蝕，要戴上PVC手套。如果不慎將其沾到皮膚上，先用大量的水沖洗，再涂上硼酸溶液。實驗結束，應及時清洗水電解器，以免氫氧化鈉與玻璃反應，導致水電解器活塞粘結而損壞[3]。

四、評價

裝置改進后，我們讓學校的老師試用，當他們看到電解水反應速度如此之快，十分興奮，他們感慨地說，真沒想到這個實驗會變成這樣方便快速！原來在課堂上操作這個演示實驗需要10分鐘左右，通過改進后，電解水反應速度加快，在2分鐘左右就能完成，至少節(jié)省一半時間，大大提高了課堂效率。更主要的是實驗效果有保障，原來的方法是花時間還不能保證實驗效果，現(xiàn)在實驗成功有了保障。

參考文獻

[1]王晶，鄭長龍.義務教育教科書九年級化學（上冊）[M].北京：人民教育出版社，2013：80

[2]張振民.對初三化學電解水試驗的改進[J].教育革新，2008（8）：51

[3]黃新階.解析電解水實驗中的三大問題[J].發(fā)明與創(chuàng)新，2013（4）：43