电解水实验的教学反思与装置改进

程明银

化学演示实验是学生获得化学感性知识的重要渠道，是化学教学中最常用的直观手段之一；可以帮助学生形成化学概念、理解化学原理、巩固化学知识，激发学生学习化学的兴趣。化学演示实验还有利于学生观察实验操作的过程，掌握科学、规范的实验操作，对启迪学生思维、培养学生观察分析问题的能力、形成科学方法、提高创新能力均能产生积极有效的作用。

9年级化学上册《探究水的组成》中电解水的实验是初中化学教学中的一个重要实验。根据实验的现象和对电解水产物的检验和分析，得出水是由氢元素和氧元素组成的结论及化学式。进一步让学生认识构成物质的微粒（原子、分子）之间的关系，为学生理解化学反应的实质和质量守恒定律奠定了基础。这个实验的成功与否直接影响着本堂课的教学效果。

1对电解水实验的反思

在原人教版教材中，学习《探究水的组成》教材中展示的电解水的装置见图1（水槽、试管组成的简易装置），学生看的时候简单易懂，但教师演示的时候却非常不方便。

（1）试管、接线柱等仪器固定难度大，全套仪器组装、携带不方便。

（2）在水中无论加稀硫酸还是氢氧化钠溶液均有腐蚀性，用水槽盛放电解液所需电解液量大，且收集气体的试管从电解液放入或拿出时，皮肤因接触电解液而易受腐蚀。

（3）产生气体的速度慢，体积比与理论值相差太大，不易让学生辨别2∶1的实验结果。检验氢气的实验现象转瞬即逝，学生没有时间观察，实验现象还要靠教师描述，实验效果很不理想。

除了上化学课的第一年做过这个实验，后来一直采用“讲实验”的方法，观察实验现象变成讲实验现象。随着多媒体在课堂教学中的广泛应用，在进行本节的教学时，常用Flash动画演示通电分解水的过程，收到了良好的效果。不管是“讲实验”还是用多媒体动画来演示实验的过程，都与新课程标准的要求相违背，剥夺了学生亲身经历实验的过程和体验获取知识的方式，不利于激发学生学习化学的兴趣，不利于提高学生观察实验和分析问题的能力，更不利于提高学生的化学实验技能，学生的动手能力越来越差。

随着义务教育阶段学校标准化建设，我校的理化生实验室、仪器等各项指标达到省级标准。实验室配备了如图2所示的霍夫曼水电解器。总想用霍夫曼水电解器达到理想的实验效果，结果出乎意料。在课堂上演示时，先在装置中加入水，为增强水的导电性还加入了氢氧化钠溶液，发现装置完好。利用学生电源调节到12 V，打开电源开关，前面的学生能清楚地观察到两极上有气泡冒出，但速度有些慢。随着水不断电解，部分电解液从中间的漏斗慢慢溢出，立即关闭开关，发现氢气与氧气的体积比与理论值2∶1差距大，实验的效果很差。让学生讨论了氧气偏少的原因，通过交流学生一致认为氢气与氧气体积比大于2∶1的其主要原因是：氢气和氧气的溶解性有差异，正极上产生的氧参与了电极的氧化。虽然学生的讨论结果让笔者很欣慰，但还是掩饰不住演示实验的失败。在另一个班上课前，笔者用碳棒作电极，在其他教师的建议下，笔者在上课前进行了预电解，减小因两种气体的溶解性不同造成的差异。在课堂上电解的过程中发现碳棒上的石墨脱落进入电解液，影响了观察的效果，而且氢气与氧气的体积比差距更大。笔者虽从教初中化学近10年，但对本实验缺乏预见性，对可能导致实验失败的偶然因素估计不到位，没能将一个重要的实验做成功。

2优化实验操作方法，提高演示实验的准确性

在近几年的教学中，笔者不断地对该实验进行探索，总结出使霍夫曼水电解器达到良好实验效果需要的电极材料、电解液浓度及电压。

（1）教材中提示在电解水时加入氢氧化钠或硫酸增强水的导电性，但没有具体的参考浓度。电解液浓度不能随意，电解液浓度太小电解速度太慢，电解液浓度太大，造成电解液的浪费，电解液浓度在10%～15%效果较好。

（2）不同的电极材料在同一电解液里电解的效果是有差异的。如果用氢氧化钠溶液做电解液，最好用铁丝；如果用稀硫酸做电解液，最好用保险丝（0.5 A）。为加快电解的速度，可将铁丝（直径为05 mm）做成束状，保险丝绕成螺旋状。

（3）在通电分解水中，在其他条件不变情况下电压越高，电解速度越快，但一般控制在12～16 V即可。

另外，在实验时还应注意下述情况：保证水电解器的干净，如果有不溶性的杂质或灰尘，加入电解液就会有少量的气泡，影响实验的观察；由于氧气、氢气的溶解性有差异，再加上正极材料被氧化消耗了一部分氧气，所以实验前，先电解一段时间，使氧气、氢气在电解液中达到饱和状态，同时在正极表面形成氧化膜的保护层，以防在以后的实验中消耗氧气。该实验要达到快速、精确还是有一定的难度，但如果注意上面这些问题，应该能使本实验达到理想的效果。

3对实验装置进行改进，提高实验教学的科学性

霍夫曼水电解器的重心比较高，不够安全，为达到霍夫曼水电解器的全部功能，且操作简便易行，笔者通过反复实践制作了如图3所示的水电解器。

（1）制作材料：酸式滴定管2支（活塞密封性好）、T型玻璃管1只、塑料输液瓶1个、橡胶管1段、尖嘴玻璃导管1段、玻璃管2段、细铁丝（或05 A保险丝）若干、小软胶塞2个（大小以能塞紧滴定管的开口端为准）等。

（2）制作方法：截取酸式滴定有刻度部分20 mL，对截取端用砂纸打磨。将塑料输液瓶的瓶身至底部剪去一半（留底部的吊环），尖嘴玻璃管直接插入瓶塞。在小软赛上打孔，插入玻璃管，同时将螺旋状的细铁丝插入小软塞。最后用橡胶管按如图3所示的方式连接输液瓶、T型玻璃管、小软塞上的玻璃管。

（3）使用方法：用小软塞旋紧酸式滴定管，将酸式滴定管用蝴蝶夹固定在铁架台上，将塑料输液瓶吊在铁架台上，打开活塞，向输液瓶内加入电解液（充满酸式滴定管为宜）。关闭活塞，接好电路，打开电源开始电解水。

（4）自制电解水装置的优点：实验器材易寻找，制作方法简单；实验组装携带方便，稳定性好；完成实验的时间短，现象明显，实验分解产生的氢气和氧气的体积比学生容易读成2∶1，还可以防止电解的过程中电解液溢出。

面对新课程中的演示实验教学，切实按照新课标的要求，不断学习新的教育理念，积极探索，创造性处理教材和使用教材，积极反思，做好每一个演示实验，把化学演示实验教学的功能发挥到极致。