探究氯化銅溶液電解后的pH變化

摘 要：利用pH傳感器、陰離子交換膜和常見生活用品對電解氯化銅溶液的實驗裝置進行了優(yōu)化。該實驗裝置實驗現(xiàn)象出現(xiàn)得快，并對產生的氯氣進行了有效吸收，直觀展示了氯化銅溶液電解后pH的變化情況。該套裝置也適用于其他物質的電解實驗。

關鍵詞：數(shù)字化實驗；氯化銅溶液；裝置改進

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

為進一步提升實驗效率、安全性和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的直觀性，并加強對實驗原理的解釋和相關知識的探討，以解答學生的疑問，有必要設計一套集成化的實驗裝置，具體如下。

一、實驗用品

儀器：燒杯（ 500mL）、導線、學生電源（J1209高中教學電源）、磁力攪拌器、陰離子交換膜、pH傳感器（ Vernier-PH-BTA-CH）、石墨電極、淀粉碘化鉀試紙。

藥品：0. 1mol·L-1 CuCl2溶液、10% NaOH溶液。

二、實驗準備

（一）固定及尾氣吸收裝置

選用生活中的有孔杯墊，在孔中塞入浸有10% NaOH溶液的脫脂棉，其中一個小孔用脫脂棉固定一片濕潤的淀粉碘化鉀試紙，預留三個孔位分別用來固定電極、傳感器等，如圖1所示。

（二）半透膜裝置

截取礦泉水瓶的上半部，將瓶蓋處打通，然后使用瓶蓋將半透膜固定在瓶口處，如圖2所示。

三、實驗過程

（一）單液電解池

①在燒杯中加入200mL的0. 1 mol·L-1 CuCl2溶液。

②將固定及尾氣吸收裝置蓋在燒杯上，將兩個石墨電極及pH傳感器穿過預留的孔浸入溶液中，并用脫脂棉塞住余下的孔。

③將電源調至4V6A，打開磁力攪拌器和pH傳感器，采集數(shù)據(jù)，結果如圖3所示。

（二）雙液電解池

①先將半透膜裝置置于燒杯中，分別向燒杯和半透膜裝置中各加入100mL的0. 1mol· L-1 CuCl2溶液。

②將固定及尾氣吸收裝置蓋在燒杯上，兩個石墨電極分別浸入燒杯和半透膜裝置的溶液中，先將pH傳感器置于陰極附近，裝置示意圖如圖4所示，實物圖如圖5所示。

③將電源調至20V 2A，打開磁力攪拌器和pH傳感器，采集數(shù)據(jù)。

④重新分別向燒杯和半透膜裝置中各加入100mL的0. 1mol·L-1 CuCl2溶液。再將pH傳感器置于陽極附近，重復上述操作，得到數(shù)據(jù)如圖6所示。

四、數(shù)據(jù)分析

五、實驗改進的亮點

（一）提高實驗效率

通過半透膜裝置提高了實驗效率，銅與氯氣的生成能夠在短時間內被觀察到，而且能快速測出pH的變化。明顯的實驗現(xiàn)象有助于學生更好地理解實驗過程中發(fā)生的化學反應。1分鐘后，可觀察到碳棒上有紅色物質附著、淀粉碘化鉀試紙變藍的實驗現(xiàn)象，如圖7所示。

（二）數(shù)據(jù)實時傳輸

通過實時傳輸數(shù)據(jù)，并利用pH傳感器實時監(jiān)測pH的變化趨勢，實現(xiàn)了“宏觀—微觀—符號—曲線”的多重表征構建，促進學生的化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展。

（三）巧用生活材料

充分利用生活材料對裝置進行改進，例如利用多孔杯墊、礦泉水瓶等。半透膜裝置的運用并非高深莫測，身邊的簡單材料就可以實現(xiàn)。這種務實的教學方法有助于學生培養(yǎng)創(chuàng)新意識和動手能力。

（四）裝置反復使用

該套裝置可以推廣應用到氯化鈉、硫酸銅等電解質溶液電解時陰陽極的pH變化實驗。例如電解氯化鈉溶液時，學生往往產生OH—主要存在于陽極的錯誤認識。利用此套半透膜裝置設計成雙液電解池進行實驗，可以看出陰極區(qū)pH增大，陽極區(qū)pH減小，電解產生的OH—主要存在于陰極，有效糾正學生的錯誤認識。

參考文獻：

[1]譚文生. 電解氯化銅溶液的實驗改進[J].中學化學，2015（7）：31.

[2]張瑞超，卓穎，沈衛(wèi)所，等. 電解氯化銅溶液實驗的改進[J].實驗教學與儀器，2016，33（5）：29 -30.

[3]林海龍.以STEM理念指導改進電解氯化銅溶液實驗裝置[J].中小學實驗與裝備，2023（2）：52-53.

[4]翟秀花.電解氯化銅溶液的微型實驗探究[J].中學化學教學參考，2023（11）：46.

[5]李友銀，石璞. 對電解CuCl2所得溶液酸堿性的實驗探究[J].中學化學教學參考，2013（3）：29-30.

[6]北京師范大學，華中師范大學，南京師范大學.無機化學上冊[M].北京：高等教育出版社，2021.

[7]蔡宣步，馮文俊.氯氣在水溶液中溶解情況的探究[J].化學教育，2020，41（21）：67-70.

（責任編輯：加順花）