初中化學電解水實驗研究

趙紅　陳士元

摘要：人教版初中化學教材在第四單元《水的組成》章節中設計和安排了電解水實驗。該實驗設計的科學性沒有問題，但技術上存在不足，主要表現為教材上采用的電源提供的直流電壓不能滿足教學需要，教材中沒有詳細說明實驗過程中所用電解質的參數（名稱和濃度）。為此我們進行了多次實驗探究，尋求合適的電解質溶液和電源，獲得了一些經驗和體會。

關鍵詞：初中化學;電解水;改進

文章編號：1008-0546（ 2019）08-0095-02

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.08.031

一、問題的提出

我校初中化學使用的是人教版教材。在第四單元《水的組成》章節中設計和安排了電解水實驗。在相當長的時間內，我們對這一實驗帶有畏懼心理，主要原因是實驗操作時間長，裝置的玻璃管內聚集的氫氣和氧氣比例不對等問題無法解決，因而我們不太愿意做這個實驗。初中化學電解水實驗是學生了解水的組成，教師開展實驗教學的重點實驗。教材上沒有注明直流的電壓數值。從圖片來看，電源是一個學生電源，通常J1202學生電源提供的最大直流電壓為9伏。我們要求實驗員配電壓高一些的電源，結果化學實驗室沒有，物理實驗室J1201教學電源提供的最大直流電壓為12伏（物理學科只做低壓實驗）。學校的老師也提出了很多解決的方法，但是筆者認為都沒有取得突破性成果。

2017年版本的《江蘇省中小學理科教學儀器配備目錄》（初中分冊）35頁電源標準備注欄目中，學生電源的技術參數是：直流1.5伏到6伏，教學電源的技術參數是：直流1.5伏到12伏，對化學實驗室需要的電源是建議與物理實驗室共用。

這一配備標準沒有考慮到化學學科的具體要求，即電解水實驗操作中，大多數教師認為24伏以上才能滿足實驗教學要求，裝備標準存在明顯不足。

二、改進思路和實施方法

我們對這個實驗的主要改進思路就是提高電源電壓、加快反應速度。為什么教師在這個實驗上要追求反應速度，因為一個標準大氣壓和室溫下，氧氣比氫氣在水中的溶解度大，1體積的水最多可溶解0.031體積氧氣或0.0182體積氫氣。反應越快得到氫氣與氧氣的體積比越接近2：1。

目前實驗室沒有配備，決定采購但又發現凡是賣中小學實驗儀器的商家提供的電源都要是低壓的，怎么辦？有一天忽然靈機一動，我們常用的電瓶充電器也能提供直流電啊！它是多少伏呢？再查得知常用的是48伏和72伏，對應的是4組和5組電瓶。

采購來的48伏充電器經過改造、試用效果不錯。但區教研員得知后，認為采用48伏電源做實驗，超過了36伏的人體安全電壓，建議再改進。這樣又采購到了36伏的充電器準備用來做實驗。

三、電解水實驗的探討

實驗器材：電解水裝置（霍夫曼水電解器）、充電器（12伏、36伏、48伏）、導線、天平、燒杯、量筒、膠頭滴管、氫氧化鈉、硫酸鈉、水等。

按電解水實驗收集lOmL氣體要求，如實將實驗數據記錄在表格中。

實驗數據分析：12V直流電壓太低，用幾種電解質，反應速率都慢，達不到實驗教學要求。48V直流電壓電解一定溶質質量分數的氫氧化鈉溶液，反應速率較快，但超過36V安全電壓，不作優先考慮。用36V直流電電解一定溶質質量分數的氫氧化鈉溶液，反應速率比48V直流電要慢些，但實驗效果較好。

實驗結論：綜合考慮實驗安全因素和反應速度的協調，決定選用36V直流電。用36V電壓電解5%氫氧化鈉溶液反應速率較快，實驗效果較好。

實驗注意點：用氫氧化鈉溶液做電解液，電解裝置要充分潔凈[2]，氫氧化鈉要求比較純凈，否則容易在氣管的壁面上產生泡沫。氫氧化鈉有強烈的腐蝕性，使用時須十分小心，防止眼睛、皮膚、衣服等被腐蝕，要戴上PVC手套。如果不慎將其沾到皮膚上，先用大量的水沖洗，再涂上硼酸溶液。實驗結束，應及時清洗水電解器，以免氫氧化鈉與玻璃反應，導致水電解器活塞粘結而損壞[3]。

四、評價

裝置改進后，我們讓學校的老師試用，當他們看到電解水反應速度如此之快，十分興奮，他們感慨地說，真沒想到這個實驗會變成這樣方便快速！原來在課堂上操作這個演示實驗需要10分鐘左右，通過改進后，電解水反應速度加快，在2分鐘左右就能完成，至少節省一半時間，大大提高了課堂效率。更主要的是實驗效果有保障，原來的方法是花時間還不能保證實驗效果，現在實驗成功有了保障。

參考文獻

[1]王晶，鄭長龍.義務教育教科書九年級化學（上冊）[M].北京：人民教育出版社，2013：80

[2]張振民.對初三化學電解水試驗的改進[J].教育革新，2008（8）：51

[3]黃新階.解析電解水實驗中的三大問題[J].發明與創新，2013（4）：43