耿文林 楊學剛
1 改進實驗裝置的目的
教材中的電解水裝置有如下缺點:重心太高,不穩定;玻璃制品,易損壞;價格高,不適合普遍使用;反應慢,實驗用時長。研制新的電解水裝置,能夠快速安全準確地完成實驗,是教學所需。
2 實驗用品
學生電源、導線、止水夾、3套自制的電解水發生器(浮沉式電解水發生器、壓水式電解水發生器、壓氣式電解水發生器)。
3 實驗裝置
4 改進實驗的原理說明
4.1 浮沉式電解水發生器
由燒杯、碳棒電極、帶刻度的塑料管(電極固定在可浮動的帶有刻度的塑料管上)構成。當進行電解水時,先將電極上的塑料管按壓至液面以下,使塑料管內沒有氣體,用止水夾夾住塑料管上端的導管。連接電源正負極的電極會產生氣體,讀氣體的體積時,應使塑料管內的液面相平,這樣可以保證兩塑料管內氣體壓強相等,讀數準確。需要收集氣體時,只要輕輕下按塑料管,打開止水夾即可。
該改進裝置的優缺點:取材方便,實驗現象明顯,反應速度快,讀數更準確;但是由于電極上的塑料管長度限制,收集氣體的體積只能在15ml之內。在電極的選擇上,最好使用鉑電極,但是鉑電極在生活中不常見,所以采用了生活中易得的碳棒做電極。為了提高實驗的精確度,筆者對碳棒電極進行了加工,負極為碳棒,正極為碳棒纏繞鍍鎳的回形針,這樣使得實驗結果和理論上完全吻合。
4.2 壓水式電解水發生器
由燒杯、水袋、碳棒電極、帶刻度的透明塑料管構成(塑料管上端有導管)。實驗前,應保證水袋的密閉性。進行電解水實驗時,輕輕擠壓水袋,當水柱上升至完全充滿塑料管時夾上止水夾,接通電源正負極,開始電解水實驗。讀取氣體的體積時,先使兩塑料管內液面相平,這樣可以使兩塑料筒內氣體壓強相等,再根據塑料管上的刻度讀取氣體體積。需要收集氣體時,打開止水夾,輕輕擠壓水袋即可。
該改進裝置的優缺點:取材方便,現象明顯,精確度高,反應速度快;但是由于帶刻度塑料管長度限制,收集氣體的體積只能在15 ml之內。
4.3 壓氣式電解水發生器
由玻璃瓶、透明塑料管、手動壓氣泵、碳棒電極構成。進行電解水實驗之前,輕輕擠壓氣泵,水柱上升,當塑料管內充滿水柱時夾上止水夾,接通電源正負極,開始電解水實驗??梢允褂每潭瘸邷y量氣體長度,了解氣體體積之比。需要收集氣體時,打開止水夾,輕輕擠壓氣泵即可。
該改進裝置的優缺點:取材方便,現象明顯;但是由于透明塑料管沒有刻度,實驗中需要懸掛刻度尺,精確度不高。
5 實驗方法步驟說明
5.1 浮沉式電解水發生器
進行電解水時,先將電極上套的塑料管按壓至液面以下,使塑料管內沒有氣體,用止水夾夾上塑料管上端的導管。連接電源正負極的電極后產生氣體,讀數時使塑料管內液面和燒杯內液面相平,根據管上的刻度讀取氣體的體積。進行氣體的收集和驗證。
5.2 壓水式電解水發生器
進行電解水實驗時,輕輕擠壓水袋,當水柱上升完全充滿塑料管時夾上止水夾,接通電源正負極,開始電解水。讀取氣體的體積時,先使兩塑料管內液面相平,再根據塑料管上的刻度讀氣體體積。進行氣體的收集和驗證。
5.3 壓氣式電解水發生器
進行電解水實驗之前,輕輕擠壓氣泵,水柱上升,當塑料管內充滿水柱時夾上止水夾,接通電源正負極,開始電解水實驗。使用刻度尺測量氣體長度,了解氣體體積之比。進行氣體的收集和驗證。
6 實驗創新點和意義
3套自制的電解水實驗發生器,從3種不同角度制作。操作簡單、安全,現象明顯,可以多次重復操作,適合學生實驗時廣泛使用。
在素質教育的今天,實驗應面向生活,面向學生,擺脫傳統實驗教學思維的束縛,讓制作、探索新型實驗裝置成為師生共同的追求。