【一套微型电解装置的综合应用】电解制氢装置

时间：2019-02-05 03:22:52　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：介绍一套利用生活中常见材料组装的微型电解装置，用于帮助学生探究电解饱和食盐水的产物、制作氢氯燃料电池及制备少许家用消毒液等学习活动。　　关键词：微型装置；综合应用；电解；燃料电池
　　文章编号：1005－6629(2007)01－0006－03中图分类号：G633.8 文献标识码：C
　　
　　2003 年 4 月颁布的普通高中化学课程标准中提出“通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力”。这一理念指导下的化学课堂学生活动设计要充分贴近学生生活，根据学生的认知水平和教学条件，引导学生亲自动手开展活动、进行探索和思考。本文参考国外有关文献并结合我国中学具体条件，利用生活中的常见材料设计的一套微型电解装置，具有材料易得、操作简单、现象明显、综合性强的特点。
　　
　　1装置设计
　　
　　材料准备：二根长约9cm直径约2mm粗铅笔芯（可从普通铅笔中剥离得到）、导线、二个一次性塑料输液管（无污染的）、9伏电池、培养皿、细铁丝、音乐贺卡中蜂鸣器的集成电路板。
　　从二个一次性输液管上截取各自其中间的滴管部分（上端口处留约1cm，下端稍处留0.5cm，容积约为10mL，），取一端削尖的粗铅笔芯（其直径与输液管滴管上口内径相当），把输液管滴管上端用热水烫软后将粗铅笔芯从滴管上端插入至下端出口处制成阳极室；取普通导线并剥去下半截的绝缘塑料（长度与滴管相当），裸露出铜丝并将其从另一个滴管上端插入至下端出口处，小心加热上端细塑料管处使其上端密封，制成阴极室；最后用细铁丝做成支架将滴管部分固定，同时准备好一个培养皿和9伏的电池搭好装置（如图1）。
　　
　　2融入新课程
　　
　　该设计可渗透于下列新的化学课程内容标准的教学活动中：
　　⑴必修模块“化学1”中“主题2化学实验基础”：3．能够独立或与同学合作完成实验，记录实验现象和数据，完成实验报告，并能主动进行交流。
　　⑵必修模块“化学1”中“主题3 常见的无机物及其应用”：6．通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。
　　⑶选修模块“化学与技术”中“主题1化学与资源开发利用”：2．了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。
　　⑷选修模块“化学反应原理”中“主题1化学反应与能量”：4．体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
　　⑸选修模块“实验化学”中“主题1化学实验基础”：3．树立绿色化学思想，形成环境保护意识。
　　
　　3综合应用
　　
　　3.1 探究电解饱和食盐水的产物
　　3．1．1 实验原理
　　利用电解原理，2NaCl+2H2ONaOH+Cl2↑+H2↑。让阳极的反应和阴极反应分别发生于两个电极室，电解过程中阴极室溶液（事先滴入酚酞试液）很快变红，说明有碱性物质（NaOH）生成；当阴极室收集满气体后，靠近酒精灯挤压滴管，可先观察到明显的黄色火焰（Na+的焰色反应），随后反复挤压滴管，会因滴管中混入空气产生轻微爆鸣声，以此探究阴极室中的气体成分为氢气；在阳极室得到黄绿色有刺激性气味气体，轻轻挤压阳极滴管，因氯气被阴极生成氢氧化钠溶液吸收，发生反应：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，一段时间后可观察到溶液的红色消失，阳极室气体体积逐渐减少。
　　3．1．2 活动过程
　　分组完成，可让2-4名同学一组，完成下列活动。
　　⑴配制氯化钠饱和溶液30mL，滴入2-3滴酚酞试液；
　　⑵小心挤压滴管吸入氯化钠饱和溶液，使之充满滴管，并将两个滴管的下端浸入盛有少量饱和氯化钠溶液的培养皿中，用铁丝架固定（如图2）；
　　⑶把连有铅笔芯的导线接在9伏电池的正极，另一端接在负极；当阴极均充满气体时，停止通电；
　　⑷小心取下阴极滴管（开口一端朝下），用滤纸吸干开口附近液体，移近至燃着的酒精灯，轻轻挤压滴管，观察并思考实验现象；
　　⑸轻轻挤压阳极滴管，使培养皿中少量液体（红色碱液）进入滴管，并小心振荡，观察并思考实验现象，同组同学间相互交流。
　　
　　3.2 制作氢氯燃料电池
　　3．2．1 实验原理
　　利用反应：H2+Cl2=2HCl，使H2-2e-=2H+和Cl2+2e-=2Cl-分别发生于两个电极上，使外电路中产生电子定向迁移形成电流，将化学能变为电能，从而使音乐贺卡的蜂鸣器发出动听的音乐。
　　3．2．2 活动过程
　　⑴配制氯化钠饱和溶液30mL；
　　⑵小心挤压滴管吸入氯化钠饱和溶液，使之充满滴管，并将两个滴管的下端浸入盛有少量饱和氯化钠溶液的培养皿中，用铁丝架固定；
　　⑶把连有铅笔芯的导线接在9伏电池的正极，另一端接在负极；通电约一分钟后使两极分别产生少量氯气和氢气，停止通电；
　　⑷撤掉电池，将连有铅笔芯的导线（即产生氯气的电极）接在音乐贺卡蜂鸣器集成电路的正极，另一电极接在负极，观察并分析产生现象及其原因。
　　此外，本实验装置还可用作：利用不同电极和不同电解质溶液来探究电解原理及比较电极反应中不同微粒的放电能力、制备少量家用消毒液（次氯酸溶液）等活动的开展。
　　
　　参考文献:
　　[1] 中华人民共和国教育部．普通高中化学课程标准（实验）[M]．北京：人民教育出版社，2003.
　　[2] Per-Odd Eggen, Lise Kvittingen. A Small-Scall and Low-Cost Apparatus for the Electrolysis of Water.Journal Chemsitry Education，2004，8.
　　注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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