自制微型水电解器
安徽省合肥市蜀山区宁溪学校 杨绍武
一、改进实验目的
水的电解实验既可以揭示水的元素组成,引导出单质、化合物的概念,还可以比较分子原子在化学反应中的不同变化。教材装置简单,但是实际操作并不简单。比如在水槽中进行,耗费药品量非常大,所用溶液无论是稀硫酸还是氢氧化钠溶液,均有腐蚀性,而在取放试管过程中,手不可避免地要接触到溶液,因此本实验并不安全。此外,水电解时生成的气体验证,尤其是氢气的验证,按照教材装置,实验现象转瞬即逝,学生没有观察时间,实验现象还是要靠老师描述,实验的意义没有体现出来。
二、实验仪器及试剂
50mL一次性塑料注射器两支、U形管一只、静脉滴注皮条一根、针头三只、橡皮塞两只、不锈钢毛衣针一根、鳄鱼夹两只、导线两根、12V蓄电池一只、火柴、酒精灯、线香、pu泡沫底座、20%NaOH溶液50mL。
三、教具装置图及仪器的组装说明
首先把U形管固定在pu泡沫底座上面,再把两支注射器抽满水,插上已经处理过的不透气的针头,针栓插入pu泡沫底座的开孔之中,把导气管插入塑料针筒下方的直径约5mm的开口中,在电极上夹上鳄鱼夹,通电。
四、实验操作部分
水的电解
通电后,电极上面会有大量的气体生成,气体会从导管进入针筒,针筒中的水会自动从针筒上面的开口处流下,流入底座上面的专门存水的开孔。当收集到一定量气体时,从电极上面取下鳄鱼夹,断电。
生成气体的验证
从底座上面取下与电源正极相连的一端的注射器,针栓朝上,把带火星的线香从针筒开口处插入,可以立即见到线香复燃,说明针筒中收集的是氧气。再取下另一支注射器,换上一只透气的针头,缓慢推动针栓,点燃喷出的气体,可以见到该气体可以燃烧,火焰淡蓝色,如果在火焰上方罩一个干冷烧杯,可以很快见到烧杯内壁变模糊,这种可燃的气体是氢气。实验证明,就是四十毫升的氢气,也能燃烧到十秒钟以上,学生有足够的时间观察。
五、改进装置的意义
教材装置虽然简单易懂,但是操作起来却有很多问题:
1.在水槽中实验药液消耗量很大;
2.操作过程中手必然会接触到具有腐蚀性的药液,手被药液腐蚀,药液被手污染;
3.电极与导线的接头必须密封;
4.试管中收集到气体的体积比只能估计;
6.气体种类验证不具有实际操作性,现象非常不明显。
本装置只需要用50mL的NaOH溶液就能进行水的电解实验,并能方便地验证生成气体的种类。实验过程中手接触不到腐蚀性的溶液,比教材装置的安全性要高,所用材料多为塑料制品,容易加工。
(本装置的制作方法最初发表于2006年第6期《化学教学》,文章题目为《霍夫曼水电解器的嬗变》。在2008年10月安徽省初中化学优质课评比中展示,受到与会一线教师和专家评委的高度评价,荣获一等奖。2009年4月巢湖市“送教下乡”活动中多次演示,效果良好。)