電解氯化銅溶液實驗裝置改進(jìn)

衡科學(xué)

一、教材實驗裝置存在的問題

蘇教版、人教版、魯科版電解氯化銅實驗裝置均采用U形管裝置，需要用鐵架臺進(jìn)行固定，電源一般采用220 V轉(zhuǎn)低壓可調(diào)的直流電源，比較笨重，不便于攜帶且存在觸電隱患。陽極產(chǎn)物為氯氣，為有毒氣體，吸入量達(dá)到0.2 ppm就會引起身體不適，該實驗一般要求在有通風(fēng)設(shè)備的實驗室里進(jìn)行。教材實驗裝置氯化銅溶液用量較大，因石墨棒離得較遠(yuǎn)，電阻較大，需要6 V～12 V電壓電解較長時間（2～3分鐘以上）才有現(xiàn)象。按教材的實驗裝置無法在普通教室進(jìn)行分組實驗，即使在有通風(fēng)設(shè)備的實驗室進(jìn)行分組實驗，因分組多，仍然不可避免地聞到刺激性氣味。日常教學(xué)中，教師往往會選擇演示實驗，需要攜帶較多裝置，比較麻煩，演示時不能移動展示，不少教師不愿演示該實驗因而將其改為播放實驗視頻，實驗效果不佳。本課實驗對電源、電極、電解容器均進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，改進(jìn)后的實驗裝置只需很少用量、很低濃度的氯化銅就能完成，且實驗所需時間短、現(xiàn)象明顯，產(chǎn)生的氯氣能有效控制。

二、改進(jìn)實驗裝置

1. 實驗儀器和藥品

廢棄電蚊香液空瓶（帶蓋）、2.0 mm自動鉛筆芯、9 V方電池、9 V電池帽、導(dǎo)線、小鱷魚夾、1%氯化銅溶液、淀粉碘化鉀試紙、蒸餾水。

2. 改進(jìn)后的實驗裝置（如下圖）

3. 實驗步驟

（1）連接導(dǎo)線兩端的小鱷魚夾和9 V電池。

（2）用酒精清洗蚊香液空瓶，再用水清洗。用錐子在靠近瓶口的方向鉆兩個對稱的孔，孔徑和2.0 mm鉛筆芯的直徑相當(dāng)。

（3）插兩個筆芯電極，向瓶中加入濃度1%氯化銅溶液，用鱷魚夾分別夾住兩個筆芯電極，扣上9 V電池連接蓋，幾秒鐘就能觀察到陽極表面產(chǎn)生氣泡，陰極可以觀察到紅色物質(zhì)出現(xiàn)，斷開電池連接蓋，電解即停止，將陰極筆芯向上抽出液面，紅色物質(zhì)更明顯，用鑷子夾取濕潤的淀粉碘化鉀試紙，擰開瓶蓋，很快就能觀察到淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)。

4. 實驗條件優(yōu)化

由表1可知，氯化銅溶液濃度不宜過大，濃度越大，藍(lán)色越深，濃度大不利于直接在溶液中觀察紅色銅析出現(xiàn)象，且會造成電解液浪費(fèi)，本實驗裝置只需采用0.5%～1%的氯化銅溶液就得到理想實驗現(xiàn)象。電壓越大，電解速率也越快，在濃度較小的氯化銅溶液，本實驗選擇3 V～9 V電池都可以較快完成實驗。

三、實驗改進(jìn)亮點(diǎn)

1. 整套裝置為微型實驗，比較環(huán)保

該實驗裝置采用廢棄電蚊香液空瓶，體積小，瓶子本身透明，很容易觀察到實驗現(xiàn)象。電解消耗的氯化銅濃度和體積均較小，節(jié)約藥品。電解時瓶蓋一直處于密封狀態(tài)，氯氣不會泄露，檢驗氯氣時，只需擰開瓶蓋，在瓶口放置濕潤的淀粉碘化鉀試紙，微微壓瓶身讓少量氯氣溢出，就能觀察到現(xiàn)象。筆者嘗試在教室進(jìn)行分組實驗（10組），教室內(nèi)沒有聞到刺激性氣味。本改進(jìn)裝置適合教室內(nèi)進(jìn)行分組實驗或者演示實驗。

2. 電極、電源及開關(guān)改進(jìn)

實驗裝置均采用日常生活中常見的儀器，便于學(xué)生課后在家進(jìn)行拓展實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。學(xué)生常用自動鉛筆芯有0.5 mm、0.7 mm、1.0 mm、2.0 mm幾種規(guī)格，選用筆芯時太細(xì)容易斷且不容易夾持，也不利于瓶上打孔，最終本實驗選用2.0 mm的筆芯。因本實驗電極離得比較近，采用低壓9 V電池就能完成實驗。電池電壓低，無安全隱患，容易攜帶，成本低。此外，學(xué)生還能直觀感受到電解電源是直流電源。本改進(jìn)裝置也拉近了實驗與學(xué)生的距離，增加了實驗趣味性。

3. 實驗時間短

學(xué)生在進(jìn)行分組實驗或者教師在進(jìn)行演示實驗時，約10秒就能透過透明的瓶身觀察到紅色物質(zhì)析出，避免紅色銅轉(zhuǎn)化為亞銅離子導(dǎo)致觀察不到的問題，同時在陽極也能觀察到微小的氣泡生成。因為實驗時間短，實驗現(xiàn)象觀察到后斷開電池扣，電解就停止，因此污染小，消耗能源少，可以培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。

（作者單位：江蘇省蘇州市吳江平望中學(xué)）

責(zé)任編輯：閔 婕