对“电解水实验原理示意图”装置的改进

常秀柏

摘 要： 作者针对贫困地区中学实验课受经济条件限制，实验仪器少而导致“一人做，多人看”的现象，结合通用技术思想，在我校大力开展的自制教具活动中，利用塑料制品和现有仪器自制了“高精度低成本水电解器”。实验原理简单，实验方法简捷，实验现象明显，对电解生成的气体体积的测量十分准确，药品用量少，操作安全，很容易被学生接受。

关键词： 化学探究式教学 高精度低成本 水解器 实验装置

本节课从设计和优化化学探究式教学入手，将通用技术内涵的结构、系统、流程和控制四大要素运用于探究性化学课堂教学中，把化学探究与技术实践通过发现问题、研究问题、解决问题的创新环节紧密结合，巧妙地使设计与技术在化学教学中实现融合，使学生在探究过程中既学会化学知识，又掌握一定的技术思想，还提高自身的实践、交流和表达能力。

人教版（2004年初审通过）普通高中课程标准实验教科书①（必修）第11页“化学计量在实验中的应用”这节中，在探讨气体摩尔体积时，教材安排了这样一个“科学探究”实验装置，见图1 。我们在“科学探究”时发现：①教材装置中收集气体的试管没有刻度，电解时产生的氢气和氧气只能凭借肉眼粗略地观察出体积的相对比值；②试管和电极都无法固定，给操作带来不便。所以，应当在准确测定气体体积和装置的固定这两个环节进行改进。于是，笔者设计了 “高精度低成本水电解器”实验装置（见图2 ），它能准确地测量出电解产生的气体体积，不仅使定性实验定量化，而且为本节“气体摩尔体积”的教学提供准确的实验数据。现介绍如下：

图1 图2

一、制作材料及方法

1.材料

10mm×150mm试管2支（或10 ml量筒2个）、输液吊桶1个、输液器上的小橡胶帽2个、橡胶塞2个、大头针2枚、透明胶带若干。

2.方法

（1）制作储气管

用注射针管分别给两支内外洁净的试管内加水，每加1ml，在水面处用油质笔划一横线，各划8条横线后用透明胶带粘压划痕，以防被水洗掉。或者直接用10 ml量筒。

（2）制作电解槽

①在吊桶底部两侧割挖两个长形大孔，使两支倒立的试管（或10 ml量筒）能竖直插入其中。

②在吊桶盖适当位置钻两个塞橡胶塞的圆孔，将插着大头针的两个橡胶塞，针头朝里塞入吊桶盖的两个圆孔内；再给两个通气嘴套上小橡胶帽，给滤气嘴上垫一层塑料薄膜，以防漏液。

③在吊桶盖边沿涂一层凡士林，盖上盖子后不漏液。

（3）组装演示器

将两支自制储气管（或10 ml量筒）倒扣在两电极座（橡胶塞）上，给倒立的吊桶底端的导管内穿线、打结后悬挂即成“高精度低成本水电解器”，见图2 。

二、实验方法（以电解水为例）

根据图3所示的电解水原理进行实验。给电解槽内加约150ml水，电解槽两电极座上倒扣充满水的储气管（或10 ml量筒）（给储气管先装满水，盖上小纸片，然后慢慢倒立并插入电解槽内的溶液中），连接好电路，合上开关，两手同时提高两储气管1至2cm，两电极上即刻产生气泡。片刻后放下储气管，关断电源，发现两储气管内气体的体积比是1（阳极） ：2（阴极）。检验电解产物，用左手轻轻取出倒立在阳极上的试管，管口向上，右手将一支带有火星的卫生香深入试管内，卫生香复燃，证明阳极上产生的是氧气，随后用右手轻轻取出倒立在阴极上的试管，管口向下，移动到酒精灯火焰上，听到有爆鸣声，证明阴极上产生的是氢气。反应的方程式为 ：

2H■O■2H■↑（阴极）+O■↑（阳极）

三、实验特点

1.精度高

本实验装置，能准确地测量出电解产生的氢气和氧气的体积，使教材中的定性实验定量化，增强实验效果；同时为确定水的组成提供了可靠的理论依据。

2.好固定

此装置是一个整体，可以随意摆放和移动，一人可独立操作，彻底解决了试管和电极无法固定的难题。

3.易组装

此装置由两支试管（或10 ml量筒）和医用吊桶组装而成，制作简单，为学生第二课堂活动做探究实验提供了难得的实验装置。

4.低成本

其成本低且不影响现行课本设计的实验效果，可解决贫困地区因资金短缺而难以开展实验课的问题。

5.用途广

该仪器还可电解活泼金属的含氧酸盐（如硝酸钠）水溶液、强碱（如氢氧化钠）水溶液、含氧酸（如硫酸）水溶液等多种电解质水溶液。

本节课的目标是将通用技术思想融入化学实验教学，培养学生自制教具的研发、创新意识，动脑动手的实践能力，以及正确的价值观。

此文系甘肃省“十二五”2013年度计划重点课题《提高学生技术素养综合工程实施方略》的子课题《让通用技术走进化学实验室》的阶段性研究成果。