初中化学电解水实验研究

赵红　陈士元

摘要：人教版初中化学教材在第四单元《水的组成》章节中设计和安排了电解水实验。该实验设计的科学性没有问题，但技术上存在不足，主要表现为教材上采用的电源提供的直流电压不能满足教学需要，教材中没有详细说明实验过程中所用电解质的参数（名称和浓度）。为此我们进行了多次实验探究，寻求合适的电解质溶液和电源，获得了一些经验和体会。

关键词：初中化学;电解水;改进

文章编号：1008-0546（ 2019）08-0095-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.08.031

一、问题的提出

我校初中化学使用的是人教版教材。在第四单元《水的组成》章节中设计和安排了电解水实验。在相当长的时间内，我们对这一实验带有畏惧心理，主要原因是实验操作时间长，装置的玻璃管内聚集的氢气和氧气比例不对等问题无法解决，因而我们不太愿意做这个实验。初中化学电解水实验是学生了解水的组成，教师开展实验教学的重点实验。教材上没有注明直流的电压数值。从图片来看，电源是一个学生电源，通常J1202学生电源提供的最大直流电压为9伏。我们要求实验员配电压高一些的电源，结果化学实验室没有，物理实验室J1201教学电源提供的最大直流电压为12伏（物理学科只做低压实验）。学校的老师也提出了很多解决的方法，但是笔者认为都没有取得突破性成果。

2017年版本的《江苏省中小学理科教学仪器配备目录》（初中分册）35页电源标准备注栏目中，学生电源的技术参数是：直流1.5伏到6伏，教学电源的技术参数是：直流1.5伏到12伏，对化学实验室需要的电源是建议与物理实验室共用。

这一配备标准没有考虑到化学学科的具体要求，即电解水实验操作中，大多数教师认为24伏以上才能满足实验教学要求，装备标准存在明显不足。

二、改进思路和实施方法

我们对这个实验的主要改进思路就是提高电源电压、加快反应速度。为什么教师在这个实验上要追求反应速度，因为一个标准大气压和室温下，氧气比氢气在水中的溶解度大，1体积的水最多可溶解0.031体积氧气或0.0182体积氢气。反应越快得到氢气与氧气的体积比越接近2：1。

目前实验室没有配备，决定采购但又发现凡是卖中小学实验仪器的商家提供的电源都要是低压的，怎么办？有一天忽然灵机一动，我们常用的电瓶充电器也能提供直流电啊！它是多少伏呢？再查得知常用的是48伏和72伏，对应的是4组和5组电瓶。

采购来的48伏充电器经过改造、试用效果不错。但区教研员得知后，认为采用48伏电源做实验，超过了36伏的人体安全电压，建议再改进。这样又采购到了36伏的充电器准备用来做实验。

三、电解水实验的探讨

实验器材：电解水装置（霍夫曼水电解器）、充电器（12伏、36伏、48伏）、导线、天平、烧杯、量筒、胶头滴管、氢氧化钠、硫酸钠、水等。

按电解水实验收集lOmL气体要求，如实将实验数据记录在表格中。

实验数据分析：12V直流电压太低，用几种电解质，反应速率都慢，达不到实验教学要求。48V直流电压电解一定溶质质量分数的氢氧化钠溶液，反应速率较快，但超过36V安全电压，不作优先考虑。用36V直流电电解一定溶质质量分数的氢氧化钠溶液，反应速率比48V直流电要慢些，但实验效果较好。

实验结论：综合考虑实验安全因素和反应速度的协调，决定选用36V直流电。用36V电压电解5%氢氧化钠溶液反应速率较快，实验效果较好。

实验注意点：用氢氧化钠溶液做电解液，电解装置要充分洁净[2]，氢氧化钠要求比较纯净，否则容易在气管的壁面上产生泡沫。氢氧化钠有强烈的腐蚀性，使用时须十分小心，防止眼睛、皮肤、衣服等被腐蚀，要戴上PVC手套。如果不慎将其沾到皮肤上，先用大量的水冲洗，再涂上硼酸溶液。实验结束，应及时清洗水电解器，以免氢氧化钠与玻璃反应，导致水电解器活塞粘结而损坏[3]。

四、评价

装置改进后，我们让学校的老师试用，当他们看到电解水反应速度如此之快，十分兴奋，他们感慨地说，真没想到这个实验会变成这样方便快速！原来在课堂上操作这个演示实验需要10分钟左右，通过改进后，电解水反应速度加快，在2分钟左右就能完成，至少节省一半时间，大大提高了课堂效率。更主要的是实验效果有保障，原来的方法是花时间还不能保证实验效果，现在实验成功有了保障。

参考文献

[1]王晶，郑长龙.义务教育教科书九年级化学（上册）[M].北京：人民教育出版社，2013：80

[2]张振民.对初三化学电解水试验的改进[J].教育革新，2008（8）：51

[3]黄新阶.解析电解水实验中的三大问题[J].发明与創新，2013（4）：43