基于電解飽和食鹽水教材分析的系列趣味實驗設計

關曉鵬 汪 青

（1 上海市北郊高級中學 上海 200081；2 華東師范大學化學系 上海 200062）

化學實驗通常認為有以下功能［1］：提高了學生對概念的理解； 發(fā)展了學生科學探究的技能和推理能力；發(fā)展了學生團隊合作能力；激發(fā)了學生對科學的興趣；促進了學生對復雜的科學本質的理解。可見通過化學實驗激發(fā)學生對科學的興趣是其重要功能之一。然而，與發(fā)達國家的教材相比，我國化學教材中趣味性實驗的教學內容明顯偏少［2］。我國教材中的實驗選題通常強調突出知識目標，很少考慮學生的學習興趣［3］。這一現(xiàn)狀給教育工作者提供了拓展和研究趣味實驗的空間。然而，筆者查閱各種資料發(fā)現(xiàn)：不少同行對電解飽和食鹽水的實驗進行了深入研究并對于裝置上有所改進。筆者歸納大致分為以下幾類。第一類是針對實驗效果，力求現(xiàn)象明顯易于觀察［4］；第二類是因電解后需要檢驗產(chǎn)物，傾向于電解后的檢驗操作方便［5］；第三類是針對電解產(chǎn)生氯氣排放到空氣中造成污染從而在尾氣處理上加以改進［6］；第四類是力求實驗微型化裝置簡單，原料用量少［7］；第五類是從技術素養(yǎng)培養(yǎng)角度出發(fā)制成隔膜式電解槽與工業(yè)接軌［8］。

上海市高中階段所需要掌握的電解反應就是電解飽和食鹽水和電解氯化銅［9］。高考考試實驗考查方式比較靈活，需要學生對實驗現(xiàn)象進行分析，得出結論。但是高三復習時會感到這部分內容很抽象，復習時“炒冷飯”，學生學習興致不高，缺少“興奮點”。筆者在教學過程中， 通過設計電解微型系列趣味實驗，激發(fā)起學生學習的熱情，收到了不錯的效果。本文筆者將結合自己的教學實踐，介紹一些電解微型系列實驗案例，以供大家參考。

一、實驗原理

利用直流電通過鉛筆電極，通過改變?yōu)V紙上的溶液，從而產(chǎn)生不同的現(xiàn)象，進行氧化還原反應的探究。

二、實驗設計

1．實驗試劑

飽和食鹽水、酚酞、碘化鉀溶液、碘化鉀淀粉試紙（或碘化鉀淀粉溶液）、新制硫酸亞鐵溶液、KSCN 溶液

圖1 實驗試劑

2．實驗儀器與裝置

9V 直流電源、兩頭削減的鉛筆（或鉛筆芯）、鱷魚夾導線、培養(yǎng)皿、濾紙

圖2 實驗裝置

3．實驗方案

（1）筆與橡皮

實驗過程：取一張用飽和NaCl 溶液（加入酚酞）浸濕的濾紙放于培養(yǎng)皿，用兩頭削尖的鉛筆做電極材料，與濾紙接觸，連接電源。陰極的鉛筆沿著濾紙，可以寫出紅字。同時用陽極的鉛筆接觸紅字，可以使紅色字跡消失。

圖3 “筆與橡皮”裝置及現(xiàn)象

（2）一筆寫雙色字

實驗過程：將濾紙一分為二，分別用KI 溶液和碘化鉀淀粉溶液浸潤放于培養(yǎng)皿，中間留有間隔。用兩頭削尖的鉛筆做電極材料，與濾紙接觸，連接電源。連接電源正極的鉛筆，在碘化鉀溶液的濾紙上勾勒任意的圖案或者文字，呈現(xiàn)淺棕色。而將兩只鉛筆同時移到碘化鉀淀粉溶液的濾紙上（或淀粉碘化鉀試紙），所勾勒出的圖案或文字，為藍色。

圖4 “一筆寫雙色字”裝置及現(xiàn)象

（3）電筆密信

實驗過程：取一張用新制的FeSO4溶液浸濕的濾紙放于培養(yǎng)皿，用兩頭削尖的鉛筆做電極材料，與濾紙接觸，連接電源。用連接電源正極的鉛筆書寫不清楚的字或符號。然后在字上滴入KSCN 溶液，立刻顯現(xiàn)血紅色的字。

圖5 “電筆密信”裝置及現(xiàn)象

（4）一筆兩個同心圓

實驗過程：取一張用飽和NaCl 溶液（少量的KI）浸濕的濾紙放于培養(yǎng)皿，用兩頭削尖的鉛筆做電極材料，與濾紙接觸，連接電源。連接正極的鉛筆放于濾紙的中央，一段時間后出現(xiàn)雙色同心圓，內圓為白色，外圓為棕色。

圖6 “一筆兩個同心圓”裝置及現(xiàn)象

三、實驗改進和創(chuàng)新之處

1．實驗用9V 電池， 相比傳統(tǒng)學生電源， 安全可靠。

2．電解實驗的趣味化，裝置簡單。

3．通過系列實驗，直觀的了解電解時溶液中陰陽離子的放電順序。

四、注意事項和相關說明

（1）由于整個裝置還是敞開式的，雖然微型，電解飽和食鹽水時但也會有少量的氯氣放出，操作時間不宜過長。實驗（4）中的雙色同心圓需要一點時間，要耐心。

（2）在寫字過程中，由于鉛筆本身可以寫出黑色字跡，因此在寫秘信手上要輕，否則也會有鉛筆本身的印記。HB 鉛筆相比2B 鉛筆痕跡更淺。

（3）本實驗還可以有更多的拓展，比如混合溶液的電解。氯化鈉與溴化鈉混合溶液電解、溴化鈉與碘化鉀溶液電解、亞鐵離子與碘離子溶液的電解，不同的現(xiàn)象能更好的讓學生知道氧化還原反應的先后順序，還原性強的離子先發(fā)生氧化反應，由此可以更具體的比較幾種比較重要的離子的還原性強弱關系。

［1］柳秀峰．科學教育面臨的巨大挑戰(zhàn)［J］．化學教學，2015，（1）：3～6

［2］葉燕珠等．幾個初中化學趣味實驗及相關探究課題［J］．化學教學，2015，（1）：52～55

［3］鄭長龍主編．化學實驗教學論［M］．北京：高等教育出版社，2002：29

［4］汪習雄．“新老搭配”是改進化學實驗的新思路［J］．中學化學，2015，（4）：31

［5］李靜嫻，陳迪妹，元立亭．電解飽和食鹽水實驗的優(yōu)化設計［J］．化學教學，2012，（1）：45～46

［6］［7］張平．電解飽和食鹽水微型實驗設計［J］．中學化學教學參考，2013，（4）：55

［8］周來友．立式隔膜電解食鹽水裝置［J］．實驗教學與儀器，2005，（9）：55

［9］上海市教育委員會．上海市中學化學課程標準［M］．上海：上海教育出版社，2004