1、設(shè)計實驗方案報告書開課學(xué)期 2014至 2015學(xué)年第 2學(xué)期實驗項目： 電解水的實驗研究學(xué)生姓名： 余慶梅 張怡 周玲玲 崔瑩指導(dǎo)教師： 楊國萍 學(xué) 號：專 業(yè)： 化學(xué)教育專業(yè) 班 級： 化本3班 化本1班 完成日期： 2015年 4月 24日實驗項目名稱： 電解水的實驗研究 實驗計劃學(xué)時數(shù)： 4課時 學(xué)分?jǐn)?shù)： 2 所屬課程： 化學(xué)教育論 課程性質(zhì)： 必修 所屬實驗室： 化學(xué)教學(xué)教法實驗室 起止時間： 2015年5月20日 1、 文獻綜述進入21世紀(jì)后，能源短缺問題日益突出。石油和煤等礦物燃料總有一天會枯竭，而且污染非常嚴(yán)重。因此，探索和研究可以替化的新能源已成為當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要課

2、題之一。人類自然想到氫，氫是一種儲量極為豐富的元素，但游離態(tài)氫很少，只有從水中獲得。在每個水分子中有兩個氫原子，而且氫燃料無論燃燒前還是后對環(huán)境都無污染，而且燃燒值大，是人類最理想的新能源。水雖然是學(xué)生非常熟悉的物質(zhì)，但怎樣以化學(xué)的視角來認(rèn)識水，學(xué)生是陌生的。以電解水的實驗為載體，通過對水認(rèn)知過程的分析，滲透了物質(zhì)組成認(rèn)識過程和方法的教育。 電解水實驗是初中化學(xué)教學(xué)中的一個非常重要的實驗，該實驗主要是驗證水是由氫、氧兩種元素組成的，不僅為探討水的組成、水分子的構(gòu)成提供了豐富的感性材料,而且有利于學(xué)生認(rèn)識構(gòu)成物質(zhì)的微粒(原子、分子)之間的關(guān)系,有利于學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)和質(zhì)量守恒定律。但在實際

3、的操作過程中，由于各種條件因素的限制，得到的氫氣與氧氣的比例與理論值相差有點大。為了培養(yǎng)學(xué)生的探究精神，以及找到該實驗的最佳反應(yīng)條件，我們設(shè)計了這個實驗，并且探究了影響這個實驗的各種因素。影響該實驗的因素有以下幾個：電解質(zhì)種類、電解液濃度、電極材料、電極距、外加電壓。本實驗從電極材料、電解液濃度和電壓以及電極距進行分析，探索用簡易裝置在不同的條件下進行電解水實驗時所產(chǎn)生的H2、O2對電解速度的影響。同時用正交試驗法找到使氫、氧氣體積比接近2：1的實驗條件，找到最佳組合。實驗的理論現(xiàn)象為：通電后，電極上出現(xiàn)氣泡，一段時間后所收集到的氫、氧氣體積比約為2：1。參考文獻：1劉懷樂.中學(xué)化學(xué)教學(xué)實證與

4、求索M.重慶：西南師范大學(xué)出版社.2002：2華彤文,陳景祖等. 普通化學(xué)原理（第三版）M. 北京：北京大學(xué)出版社.2005：3鄒振惠. 電解水實驗的再探討J. 化學(xué)教育 2000年11期4 石酈. 初中新課程微型化學(xué)實驗的設(shè)計研究J. 化學(xué)教育 2010年07期5中學(xué)化學(xué)教師手冊編委會.中學(xué)化學(xué)教師手冊M. 北京：科學(xué)普及出版社.1981.二、實驗?zāi)繕?biāo)（一）知識與技能1.了解電解水在初中化學(xué)中的作用；2.掌握用簡易電解器演示電解水的方法。（二）過程與方法1. 通過設(shè)計實驗，培養(yǎng)設(shè)計能力和探究能力，學(xué)會知識的綜合運用。 2. 通過查閱文獻，提取有用信息，提高處理信

5、息的能力。  3.通過實驗操作，提高實驗技能及解決問題的能力。（三）情感態(tài)度與價值觀1.通過實驗操作，培養(yǎng)學(xué)生利用實驗進行科學(xué)探究的精神。三、實驗儀器與試劑1.實驗儀器名稱型號規(guī)格數(shù)量直流穩(wěn)壓電源1.5伏特1個電極（碳棒、鐵絲、保險絲）正常規(guī)格9組刻度試管10ml18個燒杯1000ml1個導(dǎo)線4，6，83組膠塞1#18個酒精燈正常規(guī)格3個秒表正常規(guī)格3個2.實驗試劑名稱規(guī)格數(shù)量蒸餾水分析純500ml濃硫酸98300ml4、 實驗原理水在通電情況下會發(fā)生水解，氫離子向負(fù)極移動，氫離子得負(fù)極電子而變成氫氣，故陰極產(chǎn)物為氫氣，而氫氧根離子向正極移動，氫氧根在水的參與下失去電子而得

6、到氫離子和氧氣，故陽極產(chǎn)物為氧氣。其體積比為2：1，以此可以確定水的組成成分。純水導(dǎo)電能力不強，電解速度慢，因此為改善這個問題，加快電解速度，可加入適量電解質(zhì)來增強水的導(dǎo)電能力，本實驗采用硫酸作為電解液，對電解液濃度，電壓和電極矩三個因素進行分析比較，以便好中選優(yōu)。水在通電下總反應(yīng)方程式為：2H2O2H2O2陰極：2H+ + 2- =H2 陽極：4OH- _ 4- =2H2O+O25、 實驗內(nèi)容(1)根據(jù)因素水平表，按正交表1 L9(34)進行實驗。(2)將飲料瓶剪成水槽狀，按電極距要求打孔，裝入電極，用蠟封好，檢驗是否密封完好。(3)分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%的硫酸溶液，裝入廣口

7、瓶中備用。(4)按圖1所示組裝簡易的電解水裝置。(5)將直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到所需電壓，關(guān)閉。將正、負(fù)極與電極接好，打開開關(guān)并立刻計時，當(dāng)負(fù)極收集的氫氣為6ml時關(guān)閉開關(guān)，停止計時，讀出正極收集的氧氣的體積。圖1電解水簡易裝置圖 表1 因素水平分析表電壓E/V電解液濃度（硫酸)/%電極材料電極距/cmK1K2K3 k1k2k3R主次順序優(yōu)水平優(yōu)組合 表1 電解水實驗正交表 因素試驗號電壓E/V硫酸濃度（%）（硫酸)/%電極材料電極距/cm100002011130222110122112031201120212210232210 表2 電解水實驗正交表 表3 電解水實驗方案表 因素試驗號電壓E/V硫

8、酸濃度（%）（硫酸)/%電極材料電極距/cm165鐵釘42610碳棒63615保險絲84125碳棒851210保險絲461215鐵釘67185保險絲681810鐵釘891815碳棒4六、實驗中可能存在的問題及解決方法1.可能存在的問題問題1NaOH溶液有腐蝕性，我們不能直接用于把集氣管放入水槽中，那么，我們應(yīng)該采用什么樣的方法才能避免這個問題呢？問題2怎樣把集氣管從水槽中取出？2. 解決的方法解決問題1我們可以用比試管口略大一點的紙片把試管口蓋好，不要讓管內(nèi)留有氣泡，用手托著紙片，然后把試管倒立過來，試管口向下，由于大氣壓力的作用，紙片不會掉下來，然后我們小心地把試管放入水槽中，這樣，就避免了手接觸到NaOH溶液。解決問題2我們可以事先準(zhǔn)備一個和試管配套的塞子，在塞子上打孔，插上一根粗鐵絲，當(dāng)我們收集到一定量的氣體后，我們就能用這個自制的工具把集氣管口堵住，然后從水槽中取出，這樣避免了手沾到NaOH溶液。7、 起止時間、進程安排2015年5月5日    查備資料及文獻，填寫預(yù)習(xí)實驗報告。 2015年5月7日&