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對“電解水實驗原理示意圖”裝置的改進

時間:2023-05-01 00:47:44 論文范文 我要投稿
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對“電解水實驗原理示意圖”裝置的改進

摘 要: 作者針對貧困地區中學實驗課受經濟條件限制,實驗儀器少而導致“一人做,多人看”的現象,結合通用技術思想,在我校大力開展的自制教具活動中,利用塑料制品和現有儀器自制了“高精度低成本水電解器”。實驗原理簡單,實驗方法簡捷,實驗現象明顯,對電解生成的氣體體積的測量十分準確,藥品用量少,操作安全,很容易被學生接受。

關鍵詞: 化學探究式教學 高精度低成本 水解器 實驗裝置

本節課從設計和優化化學探究式教學入手,將通用技術內涵的結構、系統、流程和控制四大要素運用于探究性化學課堂教學中,把化學探究與技術實踐通過發現問題、研究問題、解決問題的創新環節緊密結合,巧妙地使設計與技術在化學教學中實現融合,使學生在探究過程中既學會化學知識,又掌握一定的技術思想,還提高自身的實踐、交流和表達能力。

人教版(2004年初審通過)普通高中課程標準實驗教科書①(必修)第11頁“化學計量在實驗中的應用”這節中,在探討氣體摩爾體積時,教材安排了這樣一個“科學探究”實驗裝置,見圖1 。我們在“科學探究”時發現:①教材裝置中收集氣體的試管沒有刻度,電解時產生的氫氣和氧氣只能憑借肉眼粗略地觀察出體積的相對比值;②試管和電極都無法固定,給操作帶來不便。所以,應當在準確測定氣體體積和裝置的固定這兩個環節進行改進。于是,筆者設計了 “高精度低成本水電解器”實驗裝置(見圖2 ),它能準確地測量出電解產生的氣體體積,不僅使定性實驗定量化,而且為本節“氣體摩爾體積”的教學提供準確的實驗數據。現介紹如下:

圖1 圖2

一、制作材料及方法

1.材料

10mm×150mm試管2支(或10 ml量筒2個)、輸液吊桶1個、輸液器上的小橡膠帽2個、橡膠塞2個、大頭針2枚、透明膠帶若干。

2.方法

(1)制作儲氣管

用注射針管分別給兩支內外潔凈的試管內加水,每加1ml,在水面處用油質筆劃一橫線,各劃8條橫線后用透明膠帶粘壓劃痕,以防被水洗掉。或者直接用10 ml量筒。

(2)制作電解槽

①在吊桶底部兩側割挖兩個長形大孔,使兩支倒立的試管(或10 ml量筒)能豎直插入其中。

②在吊桶蓋適當位置鉆兩個塞橡膠塞的圓孔,將插著大頭針的兩個橡膠塞,針頭朝里塞入吊桶蓋的兩個圓孔內;再給兩個通氣嘴套上小橡膠帽,給濾氣嘴上墊一層塑料薄膜,以防漏液。

③在吊桶蓋邊沿涂一層凡士林,蓋上蓋子后不漏液。

(3)組裝演示器

將兩支自制儲氣管(或10 ml量筒)倒扣在兩電極座(橡膠塞)上,給倒立的吊桶底端的導管內穿線、打結后懸掛即成“高精度低成本水電解器”,見圖2 。

二、實驗方法(以電解水為例)

根據圖3所示的電解水原理進行實驗。給電解槽內加約150ml水,電解槽兩電極座上倒扣充滿水的儲氣管(或10 ml量筒)(給儲氣管先裝滿水,蓋上小紙片,然后慢慢倒立并插入電解槽內的溶液中),連接好電路,合上開關,兩手同時提高兩儲氣管1至2cm,兩電極上即刻產生氣泡。片刻后放下儲氣管,關斷電源,發現兩儲氣管內氣體的體積比是1(陽極) :2(陰極)。檢驗電解產物,用左手輕輕取出倒立在陽極上的試管,管口向上,右手將一支帶有火星的衛生香深入試管內,衛生香復燃,證明陽極上產生的是氧氣,隨后用右手輕輕取出倒立在陰極上的試管,管口向下,移動到酒精燈火焰上,聽到有爆鳴聲,證明陰極上產生的是氫氣。反應的方程式為 :

2H■O■2H■↑(陰極)+O■↑(陽極)

三、實驗特點

1.精度高

本實驗裝置,能準確地測量出電解產生的氫氣和氧氣的體積,使教材中的定性實驗定量化,增強實驗效果;同時為確定水的組成提供了可靠的理論依據。

2.好固定

此裝置是一個整體,可以隨意擺放和移動,一人可獨立操作,徹底解決了試管和電極無法固定的難題。

3.易組裝

此裝置由兩支試管(或10 ml量筒)和醫用吊桶組裝而成,制作簡單,為學生第二課堂活動做探究實驗提供了難得的實驗裝置。

4.低成本

其成本低且不影響現行課本設計的實驗效果,可解決貧困地區因資金短缺而難以開展實驗課的問題。

5.用途廣

該儀器還可電解活潑金屬的含氧酸鹽(如硝酸鈉)水溶液、強堿(如氫氧化鈉)水溶液、含氧酸(如硫酸)水溶液等多種電解質水溶液。

本節課的目標是將通用技術思想融入化學實驗教學,培養學生自制教具的研發、創新意識,動腦動手的實踐能力,以及正確的價值觀。

此文系甘肅省“十二五”2013年度計劃重點課題《提高學生技術素養綜合工程實施方略》的子課題《讓通用技術走進化學實驗室》的階段性研究成果。

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