新改进的水电解实验装置

丁昭兰

摘要：针对教材中和实验室现有水电解装置存在携带和操作不方便、电解速度慢且误差大等缺点，采用实验、对比等研究方法，设计了以刻度H管为主体的电解水实验改进装置，选用螺旋状的粗铜丝为电极。改进后的装置便于携带，验气、加液操作方便，以10% NaOH溶液为电解液，工作电压15V，约2分钟，可电解出体积比为2：1的氢气和氧气，实验效果好。用该装置还能拓展做如钾、钠分别与水的反应，电解饱和氯化钠溶液等多个实验。

关键词：水电解装置；刻度H管；铜丝电极；实验改进

文章编号：1005–6629（2015）10–0073–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 实验改进背景

电解水实验是中学阶段一个非常重要的实验，但教材中和实验室现有的装置都存在一定的问题。初中人教版教材中的装置如图1所示[1]，装置需要铁架台支撑，携带不方便；高中必修1（人教版）中的装置如图2所示[2]，导线浸没于电解液，放入和取出试管时手都要接触到电解液，验气等操作也不方便；实验室现有的实验装置如图3所示，加注水时，水一旦超过滴定管的最下端，水盒上方的空气就被密封在盒内，造成加水不畅，设计欠佳。上述电解器一般都采用镀镍材料作为电极，电极细而短，电解水耗时一般需3分钟以上，氢气、氧气体积比常会大于2：1。图1、图3的两反应管出口端均似滴定管，只能为电解水专用，不能拓展做其他相关的实验。尽管目前对电解水实验已有较多的研究和改进，但都不够完善。因此，进一步研究电解水装置的改进是有意义的。

2 装置的改进

目前关于电解水装置的改进，有将产生的气体导出到管外装置的，多采用U型管作为反应管[3]，虽然方便检验气体，但不便观测气体体积；也有将电解液压出到管外容器的，与教材或现有装置基本一致。如果将反应管改为刻度H管（长150mm、￠15mm），在刻度H管中下部横管的支管上连接一个长颈漏斗，再将刻度H管下端插入底座两孔并固定，用塑料固定夹将两个反应管和长颈漏斗固定在一起，用带电极的胶塞塞紧下管口，带有尖嘴管（内有玻璃珠）的胶塞塞紧上管口，即成新改进的水电解器，见图4和图5。新改进的装置稳定性好，便于携带，加液通畅，验气方便。由于两反应管上、下口径相同，故配以不同的胶塞和药品，可拓展做钠钾分别与水、钠与无水乙醇，铜与浓、稀硝酸的反应，电解氯化铜、饱和氯化钠以及电镀等实验。

4 利用新改进的装置进行电解水实验

先将作为阳极的铜丝电极在酒精灯上烧制成黑色的氧化铜，再将带有铜丝电极的胶塞插入刻度H管的下管口（注：带有氧化铜的铜丝一定要作阳极，不能接反），为了避免产生的气体从两管之间的横管逸出，在靠近横管的铜丝外套一粗玻璃管。将10%的氢氧化钠溶液从漏斗注入，插入带有尖嘴管的胶塞，挤压玻璃珠调节液面，直至上管口空气排净。接通15V直流电，2分钟后，阴极产生长度约66mm的气体，阳极产生长度约33mm的气体，体积比为2：1。点燃阴极气体，能燃烧，证明是氢气；用带火星的木条检验阳极气体，能复燃，证明是氧气。

5 拓展实验案例

5.1 钠（或钾）与水的反应

将带有尖嘴管的胶塞插入一枚大头针，针尖刺一颗绿豆大的钠（或钾），与另一胶塞一起塞入注满水（加酚酞）的反应管。见图6。

5.2 钠与无水乙醇的反应

在其中一反应管靠近横管的上方处放入一团钢丝球（防止钠沉入管底使反应产生的气体从横管逸出），将钠放入注满无水乙醇的反应管后塞入胶塞。见图7。

5.3 铜与浓硝酸的反应

将插有粗铜丝和带有乳胶管（内置玻璃珠）的玻璃管的胶塞与另一胶塞一起塞入注满浓硝酸的反应管。吸收NO2时，将铜丝向上提起，用沾有浓NaOH溶液的棉花置于乳胶管口，挤压玻璃珠放出NO2。见图8。

5.4 铜与稀硝酸的反应

将插有螺旋状粗铜丝和注射器的胶塞与另一胶塞一起塞入注满稀硝酸（1：2）的反应管。待产生NO后，注射器注入空气即可将无色的NO氧化成红棕色的NO2。见图9。

5.5 电解氯化铜

将插有碳棒的两胶塞塞入水电解器下端管口，反应管注满氯化铜溶液后上端塞入胶塞（其一胶塞配有尖嘴管），碳棒电极接入直流电（正极接入塞有尖嘴管胶塞的那边），待氯气产生后用湿润的碘化钾淀粉试纸在尖嘴管处检验氯气。见图10。

5.6 电镀

电镀实验与电解实验基本一致，所不同的是电镀液和所用的电极，由于电镀不产生气体，所以装置上管口无需密封。

总之，由于改进后的水电解实验装置兼具且优于U型管的功能，故能拓展做上述一系列实验，同时具有安全、环保、易于操作等优点。

6 创新及特点

（1）用刻度H管配以长颈漏斗和底座而制成的水电解器，设计科学合理，使用、携带均方便。

（2）用螺旋状的粗铜丝作电极（阳极表面制成氧化铜），电解速度快，实验效果好。

（3）兼具且优于U型管的功能，可拓展做相关的多个实验，通用性广，实用性强。

参考文献：

[1]王晶，郑长龙主编.义务教育教科书·化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012：80.

[2]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：13.

[3]郭志祥等.电解水的实验改进[J].中学化学，2014，（10）：22～23.

[4]古仁钦，李琦.电解水中电极材料与电解条件的选择[J].化学教育，1998，（6）：38～39.