1、華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 年級(jí)、班級(jí) 課程名稱 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 實(shí)驗(yàn)類型 驗(yàn)證設(shè)計(jì)綜合 實(shí)驗(yàn)時(shí)間2012 年5 月 日實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師 實(shí)驗(yàn)評(píng)分 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?理解在不同電解質(zhì)溶液環(huán)境中電解水的原理規(guī)律；.探究微型實(shí)驗(yàn)儀器電解水過程中電極變化原因?！緦?shí)驗(yàn)原理】微型實(shí)驗(yàn)是近二十多年來迅速發(fā)展的一種化學(xué)實(shí)驗(yàn)新方法和新技術(shù)，是國(guó)際化學(xué)教育界公認(rèn)的體現(xiàn)綠色化學(xué)思想的一種新舉措。其具有“體積小、時(shí)間省、反應(yīng)快、效果好、易操作、較安全、動(dòng)手操作機(jī)會(huì)多、趣味性高、用藥少、污染低”等特點(diǎn)，其較常規(guī)實(shí)驗(yàn)更加適合學(xué)生探究性學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)，然而對(duì)于化學(xué)教學(xué)而言，常規(guī)實(shí)驗(yàn)具有不可替代的一面，如果將微型實(shí)驗(yàn)

2、和常規(guī)實(shí)驗(yàn)有機(jī)地整合，并且應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)的實(shí)踐中，可以起到事半功倍的效果。本次實(shí)驗(yàn)我們應(yīng)用微型技術(shù)來探究水的電解實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中我設(shè)計(jì)用的微型實(shí)驗(yàn)儀器有：大頭針做電極，多用滴管代替燒杯和導(dǎo)管，還有井穴板代替小燒杯來收集氫氣肥皂泡進(jìn)行爆鳴實(shí)驗(yàn)?；驹恚河么箢^針（鍍鎳）作電極電解水，稀硫酸，氫氧化鈉，硫酸鈉的原理實(shí)際上是電解水的原理。電極不參與反應(yīng)時(shí)電解水的電極反應(yīng)方程式如下： 酸性 堿性陰極： 2H+2e-H2 2H2O+2e-2OH-+H2陽極： 2H2OO2+4H+4e- 4OH-2H2O+O2+4e-若大頭針外部的鍍層破損，電極變成鐵電極，則陽極反應(yīng)變?yōu)椋?FeFe2+2e-在堿性或者

3、中性條件下，亞鐵離子不穩(wěn)定，于是發(fā)生：Fe2+2OH-FeOH24FeOH2+O2+2H2O4FeOH3【實(shí)驗(yàn)儀器與試劑】?jī)x器：多用滴管、井穴板、低壓電源、大頭針（表面鍍鎳）、肥皂水、火柴、試劑：去離子水、Na2SO4溶液（約2mol/L）、NaOH溶液（約2mol/L）、H2SO4溶液（約2mol/L）【實(shí)驗(yàn)裝置】【實(shí)驗(yàn)步驟】1. 用多用滴管中分別吸取去自來水，Na2SO4溶液（約2mol/L）、NaOH溶液（約2mol/L）、H2SO4溶液（約2mol/L），2. 在多用滴管上插入兩根大頭針作為電極、連接低壓電源，調(diào)節(jié)電解電壓為12V，觀察現(xiàn)象；注意避免兩電極接觸。3. 當(dāng)多用滴管中產(chǎn)生較

4、多氣泡時(shí)，將滴管尖嘴插入井穴板中盛有的肥皂水中，用火柴點(diǎn)燃吹起的肥皂泡；4. 實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后，觀察電極（大頭針）的變化?！緦?shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄】所用溶液實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)解釋電極溶液肥皂泡 自來水兩極都有少量氣泡產(chǎn)生，陽極較少溶液變淺黃綠色，有少量綠色沉淀，片刻后沉淀變成黃色。有少量肥皂泡產(chǎn)生，但點(diǎn)燃沒有明顯的爆鳴聲。陰極的反應(yīng)：2H+2e-H2陽極的反應(yīng)：大頭針外部的鍍層破損，電極變成鐵電極，則陽極反應(yīng)變?yōu)椋?FeFe2+2e-在堿性或者中性條件下，亞鐵離子不穩(wěn)定，于是發(fā)生：Fe2+2OH-FeOH2綠色4FeOH2+O2+2H2O4FeOH3黃色沉淀產(chǎn)生的氫氣較少，無法進(jìn)行爆鳴實(shí)驗(yàn)。硫酸鈉兩極都有較多氣

5、泡產(chǎn)生，陽極大頭針處有黑褐色沉淀產(chǎn)生無色溶液變?yōu)辄S色，有少量黃色沉淀生成。溫度升高有肥皂泡產(chǎn)生，點(diǎn)燃有尖銳的爆鳴聲。2H2O+2e-2OH-+H2陰極的反應(yīng)：陽極的反應(yīng)：4OH-2H2O+O2+4e-Fe2+2OH-FeOH24FeOH2+O2+2H2O4FeOH3因此能看到紅褐色沉淀，但因?yàn)榱可兕伾幻黠@，所以觀察的是黑色。氫氧化鈉兩極都有大量氣泡產(chǎn)生 溶液顏色沒有明顯變化，溫度升高有大量肥皂泡產(chǎn)生，點(diǎn)燃有尖銳的爆鳴聲（較劇烈）。陰極的反應(yīng)：2H2O+2e-2OH-+H2陽極的反應(yīng)：4OH-2H2O+O2+4e-反應(yīng)放熱，使溶液溫度升高。反應(yīng)產(chǎn)生大量的氫氣和氧氣混合體，點(diǎn)燃肥皂泡時(shí)發(fā)出尖銳的

6、爆鳴聲。硫酸兩極迅速都產(chǎn)生大量氣泡。溶液顏色沒有變化，溶液變燙。有很多肥皂泡產(chǎn)生，點(diǎn)燃有尖銳的爆鳴聲，肥皂泡上有火苗。陰極的反應(yīng)：2H+2e-H2陽極的反應(yīng)：2H2OO2+4H+4e-反應(yīng)放熱，產(chǎn)生氣泡比較多有尖銳爆鳴聲【實(shí)驗(yàn)分析】一、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果分析：1.分析上面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，電解自來水時(shí)，因?yàn)槠渲锌勺杂梢苿?dòng)的離子數(shù)量少，因此速率很慢，看不到明顯有氣泡產(chǎn)生現(xiàn)象。不過因?yàn)橛玫氖亲詠硭?，水中還是含有少量的氯離子和金屬離子，會(huì)影響電解。若要得到更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)效果，應(yīng)該用去離子水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2.加入氫氧化鈉、硫酸鈉、硫酸等強(qiáng)電解質(zhì)溶液，溶液導(dǎo)電性大大增強(qiáng)，有明顯的電解現(xiàn)象（有大量的氣泡生成）。此時(shí)溶液中

7、放電的離子仍是H+、OH-，電解的物質(zhì)仍然是水。3.在實(shí)驗(yàn)中，用水和硫酸鈉做電解質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)：溶液會(huì)變成黃綠色，且有少量綠色沉淀生成并變成黃色，這是因?yàn)椋菏褂玫拇箢^針鍍層破損，有鐵銹層，鐵的氧化物及鐵與電解液直接接觸，在電解水過程中鐵質(zhì)大頭針在陽極被氧化為亞鐵離子，在堿性或中性條件下，被空氣繼續(xù)氧化成三價(jià)鐵離子，并結(jié)合氫氧根離子，最終變成氫氧化鐵紅褐色沉淀，由于量較少，故呈棕黃色。4.當(dāng)電解質(zhì)為氫氧化鈉和硫酸時(shí)發(fā)現(xiàn)：溶液沒有變色也沒有產(chǎn)生沉淀，猜想是因?yàn)榻?jīng)過前面幾次的實(shí)驗(yàn)，電極的銹層已經(jīng)幾乎被分解，不會(huì)再有鐵銹溶解在水中，且電解質(zhì)中的氫離子或氫氧根離子較多，首先進(jìn)行電解反應(yīng)，所以實(shí)驗(yàn)中不會(huì)出現(xiàn)溶液

8、變色和沉淀。5.電解過程中產(chǎn)生氫氣與氧氣，因此能吹起肥皂泡，并由于氫氣不純，所以點(diǎn)燃肥皂泡會(huì)發(fā)生清脆響亮的爆鳴聲。二、關(guān)于微型實(shí)驗(yàn)從上述實(shí)驗(yàn)我們可以看到微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有“實(shí)驗(yàn)儀器微型化”和“試劑用量節(jié)約化”兩個(gè)基本特征，因此儀器價(jià)格相對(duì)低廉、實(shí)驗(yàn)較易于成功，過程較為環(huán)保、不會(huì)造成危險(xiǎn)。所以應(yīng)用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和綠色化學(xué)觀念、培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和觀察能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和探究能力等。 查找文獻(xiàn)資料了解到：1、實(shí)驗(yàn)儀器1.1一些常用的專業(yè)微型實(shí)驗(yàn)的儀器（表3）。圖示構(gòu)造和作用工作原理或作用微型氣體發(fā)生器 (1)是帶有側(cè)支管和內(nèi)套管(2)的U形管

9、，其中底部有小孔的內(nèi)套管(2)用于盛裝與液體反應(yīng)的固體物質(zhì)。U形管口配有兩個(gè)橡皮塞(3)。“液-固反應(yīng)”制氣在內(nèi)套管(2)放入少量不溶性塊狀固體，U形管(1)的左端管口加入液體反應(yīng)物，在右端上口塞上橡皮塞，并在其右端支管處連接一段乳膠管和止氣夾。液體經(jīng)內(nèi)套管(2)底部的小孔流入至浸沒放置在內(nèi)套管(2)中的固體，即可完成氣體的制取。當(dāng)需要停止制氣時(shí)，關(guān)閉止氣夾，U形管(1)的右側(cè)管內(nèi)氣體壓力增大，液體從內(nèi)套管(2)底部的小孔排出而使液體脫離固體，反應(yīng)終止。側(cè)泡具支試管側(cè)泡中加入固體（一般是粉末），可用于反應(yīng)，試管口塞橡皮塞。 制取小量氣體； 用作試劑的反應(yīng)容器； 作洗氣或干燥管； 可同時(shí)裝載兩種

10、試劑分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。井穴板井穴板是一個(gè)塑料碟子，含有圓柱形井穴，其規(guī)格是以每孔的容積（mL）和孔數(shù)來表示，常用的有0.7mL9（64092）、5mL6（64093）。其中6孔井穴板附帶雙導(dǎo)氣管的井穴塞。可做反應(yīng)器，也可用來盛裝試劑。井穴板具有試管、燒杯、儲(chǔ)瓶等功能，還能作為比色管、電解池、投影器皿等。多用滴管可作為試劑的儲(chǔ)瓶、滴管、反應(yīng)容器和滴定管等； 把頸管拉細(xì)，作為毛細(xì)管和攪拌棒。聚乙烯制品，可以耐一般無機(jī)酸堿的腐蝕，不能裝載有機(jī)試劑；也不能加熱。微型實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)構(gòu)造和常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的鐵架臺(tái)基本相同孔穴不適宜進(jìn)行接觸有機(jī)試劑的反應(yīng)。作用和鐵架臺(tái)類似。1.2 尋找一些代用品用于微型實(shí)驗(yàn)：最常用的

11、代用品是青霉素瓶子，它可以作反應(yīng)容器（可以加熱，但是溫度不能超過200，而且要預(yù)熱），也可以用于儲(chǔ)存藥品，更重要的是它是醫(yī)療用品，因此玻璃中不含有重金屬，減少了對(duì)實(shí)驗(yàn)的誤差；其次是注射器，它具有取液、作為反應(yīng)容器，而它的最大優(yōu)勢(shì)在于準(zhǔn)確計(jì)量和控制反應(yīng)量，因?yàn)槊恐蛔⑸淦魃隙加芯_的刻度。在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中，其它常用的代用品還有：1）酒精燈：可用青霉素藥瓶做燈體，在膠蓋上打一個(gè)小孔，插上一段小瓷管, 用棉線做成燈芯, 燈帽用日光燈的舊起輝器外殼即可。2）燒杯：可用塑料瓶蓋、透明的照相膠卷盒代替。3）試管：可用無色小藥瓶代替（如：正氣丸的塑料小瓶）。它無色透明，便于觀察反應(yīng)過程中的顏色變化、氣體及沉淀的生

12、成。4）水槽：可用大小合適的塑料容器或玻璃容器加工制成。5）集氣瓶：可用大小合適的塑料瓶，也可用青霉素瓶代替，收集氣體后，用原來的橡膠塞塞住。6）量筒：可用不同容積的注射器代替。7）導(dǎo)管：可用廢圓珠筆芯、輸液管、飲料的吸管或自行車的氣門芯代替。8）膠管的膠頭：可自制，也可用眼藥瓶做成。9）試劑瓶：在青霉素藥瓶里放入各種固體或液體試劑，貼好標(biāo)簽即即可。10）藥匙：可用硬塑料片、塑料冷飲吸管經(jīng)過加工制成。11）漏斗：用輸液器截下其圓錐部分即可。12）水槽：可用肥皂盒代替。以上我們研究的是微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，而常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器在全國(guó)范圍內(nèi)基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，所以沒有研究。對(duì)于初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)來說，使用的儀器

13、一般較為簡(jiǎn)單，在價(jià)格上微型化儀器比常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器經(jīng)濟(jì)，易于實(shí)現(xiàn)學(xué)生每人一套，個(gè)個(gè)動(dòng)手，所以我校從某些實(shí)驗(yàn)開始嘗試微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是可行的。附：利用微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行銀鏡反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)【探究目標(biāo)】掌握銀鏡反應(yīng)的基本原理；了解工業(yè)上制鏡和保溫瓶膽的有關(guān)知識(shí)；學(xué)會(huì)通過控制實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行銀鏡反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作?！緶?zhǔn)備材料】藥品：2的硝酸銀溶液、2%稀氨水、2%葡萄糖溶液或乙醛、稀硝酸。儀器：青霉素瓶、自制酒精燈、多用滴管(50D/mL)、滴管架、鉛筆、自制小夾子。 【探究活動(dòng)】提出問題：我們每天都照鏡子，那么它是如何制造的呢？根據(jù)先前學(xué)習(xí)（或通過查閱資料）知道，含有還原性基團(tuán)醛基物質(zhì)（如乙醛、葡萄糖），容易被弱氧化劑（如銀氨溶液）氧化，生成酸，同時(shí)析出銀均勻地鍍?cè)诓Ａ闲纬摄y鏡。工業(yè)上利用這一原理制鏡或保溫瓶膽（工業(yè)上常用葡萄糖作為還原劑）?！緦?shí)驗(yàn)探究】在一只潔凈的青霉素瓶中，用多用滴管加入一滴的硝酸銀溶液，然后滴入兩滴稀氨水（第一滴出現(xiàn)白色沉淀，第二滴沉淀剛好溶解變澄清。），再滴入一滴葡萄糖溶液，按下圖固定好，小火加熱，約十至十五秒有銀鏡出現(xiàn)（可用一個(gè)空瓶