新改進的水電解實驗裝置

2015-11-19 02:07:33丁昭蘭

化學教學 2015年10期

丁昭蘭

摘要：針對教材中和實驗室現有水電解裝置存在攜帶和操作不方便、電解速度慢且誤差大等缺點，采用實驗、對比等研究方法，設計了以刻度H管為主體的電解水實驗改進裝置，選用螺旋狀的粗銅絲為電極。改進后的裝置便于攜帶，驗氣、加液操作方便，以10% NaOH溶液為電解液，工作電壓15V，約2分鐘，可電解出體積比為2：1的氫氣和氧氣，實驗效果好。用該裝置還能拓展做如鉀、鈉分別與水的反應，電解飽和氯化鈉溶液等多個實驗。

關鍵詞：水電解裝置；刻度H管；銅絲電極；實驗改進

文章編號：1005–6629（2015）10–0073–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 實驗改進背景

電解水實驗是中學階段一個非常重要的實驗，但教材中和實驗室現有的裝置都存在一定的問題。初中人教版教材中的裝置如圖1所示[1]，裝置需要鐵架臺支撐，攜帶不方便；高中必修1（人教版）中的裝置如圖2所示[2]，導線浸沒于電解液，放入和取出試管時手都要接觸到電解液，驗氣等操作也不方便；實驗室現有的實驗裝置如圖3所示，加注水時，水一旦超過滴定管的最下端，水盒上方的空氣就被密封在盒內，造成加水不暢，設計欠佳。上述電解器一般都采用鍍鎳材料作為電極，電極細而短，電解水耗時一般需3分鐘以上，氫氣、氧氣體積比常會大于2：1。圖1、圖3的兩反應管出口端均似滴定管，只能為電解水專用，不能拓展做其他相關的實驗。盡管目前對電解水實驗已有較多的研究和改進，但都不夠完善。因此，進一步研究電解水裝置的改進是有意義的。

2 裝置的改進

目前關于電解水裝置的改進，有將產生的氣體導出到管外裝置的，多采用U型管作為反應管[3]，雖然方便檢驗氣體，但不便觀測氣體體積；也有將電解液壓出到管外容器的，與教材或現有裝置基本一致。如果將反應管改為刻度H管（長150mm、￠15mm），在刻度H管中下部橫管的支管上連接一個長頸漏斗，再將刻度H管下端插入底座兩孔并固定，用塑料固定夾將兩個反應管和長頸漏斗固定在一起，用帶電極的膠塞塞緊下管口，帶有尖嘴管（內有玻璃珠）的膠塞塞緊上管口，即成新改進的水電解器，見圖4和圖5。新改進的裝置穩定性好，便于攜帶，加液通暢，驗氣方便。由于兩反應管上、下口徑相同，故配以不同的膠塞和藥品，可拓展做鈉鉀分別與水、鈉與無水乙醇，銅與濃、稀硝酸的反應，電解氯化銅、飽和氯化鈉以及電鍍等實驗。

4 利用新改進的裝置進行電解水實驗

先將作為陽極的銅絲電極在酒精燈上燒制成黑色的氧化銅，再將帶有銅絲電極的膠塞插入刻度H管的下管口（注：帶有氧化銅的銅絲一定要作陽極，不能接反），為了避免產生的氣體從兩管之間的橫管逸出，在靠近橫管的銅絲外套一粗玻璃管。將10%的氫氧化鈉溶液從漏斗注入，插入帶有尖嘴管的膠塞，擠壓玻璃珠調節液面，直至上管口空氣排凈。接通15V直流電，2分鐘后，陰極產生長度約66mm的氣體，陽極產生長度約33mm的氣體，體積比為2：1。點燃陰極氣體，能燃燒，證明是氫氣；用帶火星的木條檢驗陽極氣體，能復燃，證明是氧氣。

5 拓展實驗案例

5.1 鈉（或鉀）與水的反應

將帶有尖嘴管的膠塞插入一枚大頭針，針尖刺一顆綠豆大的鈉（或鉀），與另一膠塞一起塞入注滿水（加酚酞）的反應管。見圖6。

5.2 鈉與無水乙醇的反應

在其中一反應管靠近橫管的上方處放入一團鋼絲球（防止鈉沉入管底使反應產生的氣體從橫管逸出），將鈉放入注滿無水乙醇的反應管后塞入膠塞。見圖7。