電解質(zhì)導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

蘇章順

摘要：對(duì)溶液導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使用發(fā)光二極管代替燈泡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，清晰地比較強(qiáng)弱電解質(zhì)的導(dǎo)電能力，并且展示了“蒸餾水導(dǎo)電”實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生形成“水是弱電解質(zhì)”的概念提供實(shí)際觀察經(jīng)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了趣味性，可增強(qiáng)課堂演示效果，提高教學(xué)質(zhì)量，豐富中學(xué)化學(xué)教學(xué)資源。

關(guān)鍵詞：發(fā)光二極管;溶液導(dǎo)電能力;課堂演示

文章編號(hào)：1008-0546（2019）07-0088-02

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.026

高中化學(xué)必修一“電解質(zhì)”、選修四“弱電解質(zhì)電離和水的電離”等均有涉及溶液導(dǎo)電能力的內(nèi)容，實(shí)際教學(xué)中引用初中導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示講解，一方面實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀，便于學(xué)生對(duì)比并接受新的概念;另一方面有利于加強(qiáng)初高中知識(shí)銜接。初中化學(xué)導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)通過(guò)觀察燈泡是否發(fā)亮得出能否導(dǎo)電的結(jié)論，高中化學(xué)內(nèi)容則更進(jìn)一步，不僅要區(qū)分“能否導(dǎo)電”，還要能比較“導(dǎo)電能力強(qiáng)弱”，理論上通過(guò)比較燈泡亮度可以對(duì)比溶液導(dǎo)電能力強(qiáng)弱，然而在課堂演示時(shí)發(fā)現(xiàn)：一方面由于燈泡太小，不利于學(xué)生觀察燈泡亮度的差異;另一方面，“水能導(dǎo)電”這一內(nèi)容不能通過(guò)燈泡實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，學(xué)生缺乏直觀感受，概念形成受阻。為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的直觀性、趣味性，拓寬“導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)”的適用范圍，我們對(duì)導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

一、理論研究

用燈泡進(jìn)行溶液導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)，燈泡的亮度與電路電壓、燈泡的額定功率（內(nèi)阻）、電極間距、電極插入溶液的深度、電解質(zhì)溶液的濃度有關(guān)[1].要明顯區(qū)分強(qiáng)弱電解質(zhì)的導(dǎo)電能力，使得發(fā)光強(qiáng)度有明顯差異，需合理控制上述因素。受實(shí)驗(yàn)室常用電解槽大小的限制，電極間距、電極插入溶液的深度不易進(jìn)行調(diào)整，使用較高電壓對(duì)設(shè)備要求較高，因此我們從更換發(fā)光體這一方向改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)證明額定功率越大，實(shí)驗(yàn)效果越明顯[2]，根據(jù)R= U2/p，電壓一定時(shí)，額定功率越大，內(nèi)阻越小，因此要實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)弱電解質(zhì)導(dǎo)電能力的有效觀察，尤其是觀察水的導(dǎo)電能力，需選用內(nèi)阻小的發(fā)光體。根據(jù)I=U2/p，內(nèi)阻越小，電流越大，我們也可選用需要很小電流就能發(fā)光的發(fā)光體替代燈泡。

發(fā)光二極管（IED）作為指示器已廣泛應(yīng)用，代替電燈指示器，其正常發(fā)光所需的電流很小[3]，滿足實(shí)驗(yàn)要求，可用于替代燈泡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

電解槽、導(dǎo)線、銅片、塑料片（或紙片）、鐵架臺(tái)（或滴定管架）、鐵夾、熒光棒（發(fā)光二極管），蒸餾水、Imol/L醋酸、Imol/L鹽酸。

三、操作和現(xiàn)象

1.電路改裝

（1）將熒光棒的電池殼打開(kāi)，放入三個(gè)電池，在電池和金屬片之間依次放人銅片、紙片、銅片，如圖l。

（2）裁剪三片硬紙片（紙片比電解槽截面略大），在紙片上挖孔，將銅片電極插在紙片上（三個(gè)紙片上電極距離相同，電極插入紙片下方的長(zhǎng)度相同），如圖2。

2.連接實(shí)驗(yàn)裝置

（1）在三個(gè)電解槽中分別加入蒸餾水、Imol/L醋酸、Imol/L鹽酸，并使液面高度相同，蓋上插有電極的硬紙片。

（2）用導(dǎo)線將熒光棒上的銅片和電解槽上的銅電極相連接，如圖3，打開(kāi)熒光棒開(kāi)關(guān)，觀察到連接鹽酸的熒光棒亮度很高，連接醋酸的熒光棒較暗，連接蒸餾水的熒光棒微微發(fā)亮，如圖4。

（3）斷開(kāi)電路，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）因?yàn)榘l(fā)光二極管正常發(fā)光所需電流很小，所用溶液濃度不宜太大，否則電路電阻太小，電流太大，無(wú)法區(qū)分熒光棒亮度。例如，電路連接Imol/L鹽酸和2mol/L鹽酸時(shí)，熒光棒均達(dá)到最亮，無(wú)法區(qū)分亮度，導(dǎo)致導(dǎo)電能力無(wú)法對(duì)比。

（2）電解質(zhì)導(dǎo)電本質(zhì)上是溶液的電解，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)盡快斷開(kāi)電路，持續(xù)電解可能產(chǎn)生有毒氣體（ Cl2）;由于銅片作電極導(dǎo)電，陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)Cu-2e-=Cu2+，蒸餾水混入Cu2+后，導(dǎo)電能力逐漸增強(qiáng)，連接蒸餾水的熒光棒亮度逐漸增大，每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)更換蒸餾水。

（3）蒸餾水導(dǎo)電能力很弱，在課堂演示時(shí)，如果打開(kāi)教室燈光，學(xué)生不易觀察到熒光棒發(fā)亮，與學(xué)生已有觀念“純水不導(dǎo)電”相符，再關(guān)閉燈光，觀察到熒光棒發(fā)光，對(duì)已有觀念形成沖擊，給學(xué)生留下深刻印象，同時(shí)也說(shuō)明水的導(dǎo)電能力極弱。

五、結(jié)束語(yǔ)

該改進(jìn)實(shí)驗(yàn)選用熒光棒代替燈泡用于課堂演示，一方面增強(qiáng)了演示實(shí)驗(yàn)的趣味性，另一方面熒光棒比燈泡更易觀察，增強(qiáng)學(xué)生的直觀感受。實(shí)驗(yàn)還對(duì)蒸餾水的導(dǎo)電能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)了燈泡實(shí)驗(yàn)不能展示水的導(dǎo)電能力的缺陷，為學(xué)生形成“水是弱電解質(zhì)”的概念提供實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

除熒光棒外，利用發(fā)光二極管為光源的發(fā)光體不僅價(jià)格低廉，而且款式多樣，教學(xué)中可以根據(jù)需要網(wǎng)購(gòu)相應(yīng)的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于發(fā)光二極管對(duì)電路電壓電流要求低，該改進(jìn)實(shí)驗(yàn)除了用于溶液導(dǎo)電性的比較，還可應(yīng)用于電化學(xué)以及其他涉及溶液離子濃度大小比較、溶液導(dǎo)電的實(shí)驗(yàn)，趣味性強(qiáng)，效果明顯，便于觀察。

參考文獻(xiàn)

[1][2]王昭鶴，張運(yùn)陶，如何做好比較強(qiáng)弱電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的演示實(shí)驗(yàn)[J].南充師范學(xué)報(bào)，1985（2）：104-108

[3] 陳康.發(fā)光二極管作電源指示器[J].電氣時(shí)代，1987（2）：6-7