電解飽和食鹽水的實驗設計

劉克美

(貴州省遵義市余慶縣他山中學 貴州 余慶 564400)

電解飽和食鹽水是高中化學人教版選修四第四章第三節科學探究中的一個設計實驗，電解飽和食鹽水的開展能幫助學生從直觀上認識電解池，而電解池是近幾年高考的必考考點之一。因此電解飽和食鹽水的開展在高中化學中至關重要。書中電解飽和食鹽水采取在U型管中進行，但陽極產生的氯氣有毒，缺乏尾氣處理；陰極沒有氣體產物的檢驗。因此出現了很多的電解飽和食鹽水改進裝置。但目前看到的裝置改進亦或者解決了陰陽極氣體產物的檢驗和陽極尾氣的處理，但是裝置復雜。亦或者裝置簡單但沒有對陰陽極的氣體產物進行檢驗。而我設計了裝置簡單易得的、且有對檢驗陰陽極氣體產物又有陽極尾氣的一個裝置。

1.實驗原理

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)

陰極：2H++2e-=H2↑(還原反應)

2.實驗改進

許多文獻給出了電解飽和食鹽水實驗的改進方法，其中不乏亮點。關曉鵬[1]在電解飽和食鹽水實驗改進中，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。實驗時將鉛筆與濾紙接觸，接通電源進行實驗。可以在濾紙中使用淀粉碘化鉀溶液和酚酞對實驗結果進行檢測。雖然該實驗裝置簡單易得，但沒有對陰陽極的產生的氣體產物進行檢驗。不利于學生對電解池原理的認識。

黃炫晟[2]在電解飽和食鹽水實驗的改進中，如圖2，使用兩支U形管作為電解池，用鹽橋連接裝置，對兩極產物有檢驗，改進后的實驗裝置設備常見，現象明顯。但設備可以再簡化和易得。

圖2 李炫晟實驗改進示意圖

在上述實驗裝置的改進基礎上，筆者將此裝置改進如下，如圖3。

圖3 實驗裝置示意圖

2.1 電解在帶支管的U型管中進行，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 在陽極的電解質溶液為飽和的食鹽水，陰極的電解質溶液為5mol/L的食鹽水，且陰極電解質溶液的體積是陽極的電解質溶液的兩倍。陽極產生的氣體用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗。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。陰極的產生的氣體用內徑為3mm的導管導出，待反應一分鐘后將陰極裝置中的空氣排出后，將導管尖嘴放入泡泡水中收集，收集到大量泡泡后，關閉電源移開導管，點燃氣泡檢驗陰極的氣體。

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 實驗儀器和藥品。

(1)實驗儀器。學生電源、鐵架臺、帶支管的U型管、3.0mm鉛筆芯，2根導線、2個硅膠塞、膠頭滴管、玻璃球、導管、橡膠管、蒸發皿、絕緣膠布、脫脂棉。

(2)實驗藥品。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 實驗步驟。

(1)實驗前：按圖3裝置連好，裝好藥品。

(2)實驗中：按下電源，通電后，觀察陰陽兩極現象。

(3)實驗結束后：關閉電源，在通風櫥中拆卸裝置，拆卸陽極時：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行后續拆卸。

3.3 實驗現象。通電后，陽極產生黃綠色氣體，并能使濕潤的淀粉-KI試紙變藍，陰極滴有酚酞的溶液逐漸變紅，1分鐘后將陰極的導管伸入泡泡水中，待收集到大量氣泡后，移開導管，關閉電源。用明火靠近氣泡。聽到尖銳的爆鳴聲。

4.實驗改進

創新點：“三個不相等”

(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)使陰陽兩極電解質溶液的濃度和體積不相等。