電解飽和食鹽水的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，電解飽和食鹽水的開展能幫助學(xué)生從直觀上認(rèn)識(shí)電解池，而電解池是近幾年高考的必考考點(diǎn)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(jìn)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(yàn)。因此出現(xiàn)了很多的電解飽和食鹽水改進(jìn)裝置。但目前看到的裝置改進(jìn)亦或者解決了陰陽極氣體產(chǎn)物的檢驗(yàn)和陽極尾氣的處理，但是裝置復(fù)雜。亦或者裝置簡(jiǎn)單但沒有對(duì)陰陽極的氣體產(chǎn)物進(jìn)行檢驗(yàn)。而我設(shè)計(jì)了裝置簡(jiǎn)單易得的、且有對(duì)檢驗(yàn)陰陽極氣體產(chǎn)物又有陽極尾氣的一個(gè)裝置。

1.實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)改進(jìn)

許多文獻(xiàn)給出了電解飽和食鹽水實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法，其中不乏亮點(diǎn)。關(guān)曉鵬[1]在電解飽和食鹽水實(shí)驗(yàn)改進(jìn)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(shí)驗(yàn)時(shí)將鉛筆與濾紙接觸，接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。可以在濾紙中使用淀粉碘化鉀溶液和酚酞對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。雖然該實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單易得，但沒有對(duì)陰陽極的產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物進(jìn)行檢驗(yàn)。不利于學(xué)生對(duì)電解池原理的認(rèn)識(shí)。

黃炫晟[2]在電解飽和食鹽水實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)中，如圖2，使用兩支U形管作為電解池，用鹽橋連接裝置，對(duì)兩極產(chǎn)物有檢驗(yàn)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備常見，現(xiàn)象明顯。但設(shè)備可以再簡(jiǎn)化和易得。

圖2 李炫晟實(shí)驗(yàn)改進(jìn)示意圖

在上述實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)基礎(chǔ)上，筆者將此裝置改進(jìn)如下，如圖3。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

2.1 電解在帶支管的U型管中進(jìn)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(rùn)的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn)。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(diǎn)燃?xì)馀輽z驗(yàn)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(shí)驗(yàn)儀器和藥品。

(1)實(shí)驗(yàn)儀器。學(xué)生電源、鐵架臺(tái)、帶支管的U型管、3.0mm鉛筆芯，2根導(dǎo)線、2個(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟。

(1)實(shí)驗(yàn)前：按圖3裝置連好，裝好藥品。

(2)實(shí)驗(yàn)中：按下電源，通電后，觀察陰陽兩極現(xiàn)象。

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后：關(guān)閉電源，在通風(fēng)櫥中拆卸裝置，拆卸陽極時(shí)：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(jìn)行后續(xù)拆卸。

3.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。通電后，陽極產(chǎn)生黃綠色氣體，并能使?jié)駶?rùn)的淀粉-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(shí)驗(yàn)改進(jìn)

創(chuàng)新點(diǎn)：“三個(gè)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。