電解質導電實驗創新設計

蘇章順

摘要：對溶液導電實驗進行創新設計，使用發光二極管代替燈泡進行實驗，清晰地比較強弱電解質的導電能力，并且展示了“蒸餾水導電”實驗，為學生形成“水是弱電解質”的概念提供實際觀察經驗。該實驗增強了趣味性，可增強課堂演示效果，提高教學質量，豐富中學化學教學資源。

關鍵詞：發光二極管;溶液導電能力;課堂演示

文章編號：1008-0546（2019）07-0088-02

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.026

高中化學必修一“電解質”、選修四“弱電解質電離和水的電離”等均有涉及溶液導電能力的內容，實際教學中引用初中導電實驗進行演示講解，一方面實驗現象直觀，便于學生對比并接受新的概念;另一方面有利于加強初高中知識銜接。初中化學導電實驗通過觀察燈泡是否發亮得出能否導電的結論，高中化學內容則更進一步，不僅要區分“能否導電”，還要能比較“導電能力強弱”，理論上通過比較燈泡亮度可以對比溶液導電能力強弱，然而在課堂演示時發現：一方面由于燈泡太小，不利于學生觀察燈泡亮度的差異;另一方面，“水能導電”這一內容不能通過燈泡實驗進行驗證，學生缺乏直觀感受，概念形成受阻。為了增強實驗的直觀性、趣味性，拓寬“導電實驗”的適用范圍，我們對導電實驗進行改進。

一、理論研究

用燈泡進行溶液導電實驗，燈泡的亮度與電路電壓、燈泡的額定功率（內阻）、電極間距、電極插入溶液的深度、電解質溶液的濃度有關[1].要明顯區分強弱電解質的導電能力，使得發光強度有明顯差異，需合理控制上述因素。受實驗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行調整，使用較高電壓對設備要求較高，因此我們從更換發光體這一方向改進實驗。

實驗證明額定功率越大，實驗效果越明顯[2]，根據R= U2/p，電壓一定時，額定功率越大，內阻越小，因此要實現對強弱電解質導電能力的有效觀察，尤其是觀察水的導電能力，需選用內阻小的發光體。根據I=U2/p，內阻越小，電流越大，我們也可選用需要很小電流就能發光的發光體替代燈泡。

發光二極管（IED）作為指示器已廣泛應用，代替電燈指示器，其正常發光所需的電流很小[3]，滿足實驗要求，可用于替代燈泡進行實驗。

二、實驗儀器和藥品

電解槽、導線、銅片、塑料片（或紙片）、鐵架臺（或滴定管架）、鐵夾、熒光棒（發光二極管），蒸餾水、Imol/L醋酸、Imol/L鹽酸。

三、操作和現象

1.電路改裝

（1）將熒光棒的電池殼打開，放入三個電池，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（三個紙片上電極距離相同，電極插入紙片下方的長度相同），如圖2。

2.連接實驗裝置

（1）在三個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，打開熒光棒開關，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亮，如圖4。

（3）斷開電路，結束實驗。

四、實驗注意事項

（1）因為發光二極管正常發光所需電流很小，所用溶液濃度不宜太大，否則電路電阻太小，電流太大，無法區分熒光棒亮度。例如，電路連接Imol/L鹽酸和2mol/L鹽酸時，熒光棒均達到最亮，無法區分亮度，導致導電能力無法對比。

（2）電解質導電本質上是溶液的電解，實驗結束后應盡快斷開電路，持續電解可能產生有毒氣體（ Cl2）;由于銅片作電極導電，陽極發生反應Cu-2e-=Cu2+，蒸餾水混入Cu2+后，導電能力逐漸增強，連接蒸餾水的熒光棒亮度逐漸增大，每次實驗應更換蒸餾水。

（3）蒸餾水導電能力很弱，在課堂演示時，如果打開教室燈光，學生不易觀察到熒光棒發亮，與學生已有觀念“純水不導電”相符，再關閉燈光，觀察到熒光棒發光，對已有觀念形成沖擊，給學生留下深刻印象，同時也說明水的導電能力極弱。

五、結束語

該改進實驗選用熒光棒代替燈泡用于課堂演示，一方面增強了演示實驗的趣味性，另一方面熒光棒比燈泡更易觀察，增強學生的直觀感受。實驗還對蒸餾水的導電能力進行了實驗，彌補了燈泡實驗不能展示水的導電能力的缺陷，為學生形成“水是弱電解質”的概念提供實際經驗。

除熒光棒外，利用發光二極管為光源的發光體不僅價格低廉，而且款式多樣，教學中可以根據需要網購相應的材料進行實驗。由于發光二極管對電路電壓電流要求低，該改進實驗除了用于溶液導電性的比較，還可應用于電化學以及其他涉及溶液離子濃度大小比較、溶液導電的實驗，趣味性強，效果明顯，便于觀察。

參考文獻

[1][2]王昭鶴，張運陶，如何做好比較強弱電解質溶液導電能力的演示實驗[J].南充師范學報，1985（2）：104-108

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