电解质溶液导电性实验的改进

2017-06-15汤晶倪刚吴晓红

化学教学 2017年5期

关键词：实验改进

汤晶+倪刚+吴晓红

摘要：借助干电池、音乐芯片、回形针、输液管和手机测声软件，对电解质溶液导电性实验进行了改进。通过测量音乐芯片发出声音大小的分贝值来判断电解质溶液导电性的强弱，增加了实验的趣味性和实用性，对培养学生化学学习兴趣和科学素养起到提升的作用。

关键词：电解质溶液；导电性实验；实验改进

文章编号：1005–6629（2017）5–0073–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题的提出

高中化学课程标准[1]提出“课程要从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发”，因此在化学课堂教学中借助生活中常见的资源，能够加强化学与生活的联系，帮助学生理解和深化化学知识。随着新课改的实施，对化学实验进行生活化设计与改进的研究日益增多。电解质溶液导电性实验在初高中课本中均有出现，在人教版《化学（九年级下册）》中有实验10-7试验物质的导电性[2]，实验借助低压电源、灯泡、电极等仪器，对盐酸、硫酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液、蒸馏水和乙醇的导电性进行验证。对九年级的学生来说，实验中有较复杂的低压电源及电极等仪器装置，且需要外接动力电源，此外盐酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钙等强酸强碱溶液均处于敞开体系中。这些对于好奇心较强的初中学生来说均有可能成为不安全的潜在因素。

对此，很多研究者对该实验进行了改进研究。邵玲琍[3]将6V交流电源、低压灯泡（6V 500mA）、2mol/L电解质溶液和电流表串接，通过观察灯泡亮度和电流表的示数来判断导电性的强弱。虽可测得各组溶液的电流，但通过弱电解质溶液时灯泡没有发亮。董金水[4]利用笔式电导率计下端伸入试液中，通过记录显示器上的数值来判断溶液的导电性。但电导率概念对中学生来说较为陌生，还需讲解导电率计的工作原理。谭建红[5]将电源电壓改为4V，对相同浓度的不同电解质溶液的导电能力进行测试，通过观察发光二极管发亮的个数来判断电解质溶液导电性的强弱。但整个实验中所需发光二极管的数量较多、导线过多，电路连接繁琐。陈挺芳[6]利用实验室中常用的塑料水槽、废旧电池、旧电线等改进实验，能同时测定五种电解质溶液的导电性。该法虽然缩短了实验时间，但所需废旧电池数量较多，拆卸繁琐，处理麻烦。本文从实验装置、实验仪器、实验安全性及简易化等方面进行改进，注重实验的趣味性，充分体现微型化、安全化的思想，起到激发学生化学学习兴趣和培养学生科学素养的作用。

2 实验改进内容

2.1 实验改进方案与原理

从以下几方面对实验进行改进：（1）电源部分，采用普通干电池（1.5V）替代低压电源。（2）实验装置，教材中将强酸强碱溶液盛装到烧杯中，把两根电极伸入溶液中，以灯泡发亮来证明电解质溶液具有导电性。本实验是将拉直的回形针蜡封在输液管两侧充当电极，将不同待测溶液注入到输液管中，以音乐芯片替代灯泡。整个实验装置如图1所示。合上开关后整个装置形成闭合回路，当有电流通过时，音乐芯片会发出声音。电解质溶液导电性强弱不同，电路中的电流大小也不尽相同，因此可借助音乐芯片发出声音的大小来判断电解质溶液导电性的强弱。（3）利用手机下载的测声软件对声音大小的分贝值进行测定，为实验讨论提供了定量化的参考。

2.2 实验用品

仪器：音乐芯片（取自荷花生日音乐蜡烛）、输液管、回形针、蜡烛、注射器、干电池（1.5V）、智能手机（用其测声软件）

药品：NaOH溶液、Ca（OH）2溶液、NH3·H2O溶液、HNO3溶液、H2SO4溶液、CH3COOH溶液、NaCl溶液、Na2CO3溶液、蔗糖溶液（浓度均为1mol/L）及自来水、蒸馏水和无水乙醇

2.3 实验操作步骤

（1）智能手机联网后，打开“应用宝软件”，在搜索框内输入“分贝仪”，搜索结果中有很多免费的小软件可供下载使用。本文选择“分贝计（Sound Meter）”软件下载并安装使用。

（2）截取输液管，将回形针用蜡封在输液管两端。用注射器吸取10mL不同待测液从输液管支管处注入。

（3）将手机放置在距离音乐芯片1cm处，打开手机中“分贝计”软件，连接闭合回路，测量三次，记录数据。

（4）依次对其他几种溶液、液体按上述步骤进行测定。记录数据，比较各电解质溶液导电性的强弱。

2.4 实验分析与结果讨论

不同溶液、液体的导电性实验结果列于表1中。从数据中可以得出以下结论：

（1）NaOH溶液、Ca（OH）2溶液、HNO3溶液、H2SO4溶液、NaCl溶液、Na2CO3溶液的导电性较强或强，声音分贝值分别在27～38或42～50分贝，故强碱、强酸及大多数盐通常为强电解质。

（2）NH3·H2O溶液、CH3COOH溶液、自来水也显示出一定程度的导电性，声音分贝值处于15～27分贝之间，小于强电解质溶液的分贝值，所以弱碱、弱酸及自来水导电性较弱。

（3）蒸馏水、乙醇溶液、蔗糖溶液的分贝值均为0，故蒸馏水、绝大多数有机物导电性极弱。

2.5 实验改进后的优点

（1）利用生活中常见的事物来进行实验，将化学和手工制作结合在一起，无形中体现了实验的生活化，拉近了学生与实验之间的距离，提高了学生学习化学的兴趣。

（2）用普通干电池替代低压电源，体现了安全化思想，简化了实验，方便组装，便于携带。

（3）将电解质溶液封闭到输液管中，能避免学生直接接触强酸强碱溶液，降低了意外事故发生的概率。

（4）借助音乐芯片声音的大小及分贝值来判断电解质导电性的强弱，既增加了趣味性，又体现了将抽象知识具体化的思想，便于学生记忆和掌握。

（5）实验装置改进后在很大程度上减少了药品用量，且能够重复使用，达到了实验绿色化和微型化的目的。

2.6 实验中的注意事项

实验改进为“电解质”知识的课堂教学提供了便利，提高了教学效率。但教师在实验教学过程中还需注意：

（1）组织学生实验时，在组装前要求学生穿好实验服，戴好手套、护目镜再进行实验。

（2）密封输液管端口时用到热的蜡烛液，要叮囑学生小心操作，避免烫伤，待蜡烛融化后要及时熄灭酒精灯。

（3）在移液操作环节，由于输液管支管较细，用胶头滴管移液不易控制溶液用量，也可用注射器来移液。

3 知识的迁移运用

浓度是影响电解质溶液导电性强弱的因素之一，从表1实验数据可以看出，浓度相同的不同溶液可表现出不同的导电性。NaOH、HNO3、NaCl与Ca（OH）2、H2SO4、Na2CO3均属强电解质，但NaOH、HNO3、NaCl溶液的分贝值小于Ca（OH）2、H2SO4、Na2CO3溶液的分贝值。原因是浓度均为1mol/L的上述各溶液中离子的总浓度不同，前3种溶液中离子总浓度均为2mol/L；后3种溶液中离子总浓度均为3mol/L。溶液中离子的总浓度越大，电解质溶液的导电性越强，音乐芯片的声音分贝值越大。因此，利用本实验也可以探究浓度对电解质溶液导电性的影响。

4 结论

以普通干电池代替低压电源、回形针代替电极、音乐芯片代替灯泡、输液管代替烧杯的电解质溶液导电实验可应用在初、高中化学教学中，既能作为演示实验也能作为学生实验。实验现象明显，通过测定音乐芯片发出声音的大小可快速判断出电解质溶液导电性的强弱，达到实验安全化和趣味化的目的，能很好地帮助学生认识和掌握电解质溶液导电性强弱的基本原理。联系生活的化学实验既符合课程标准的要求，也适宜学生发展的需要，能让学生深刻体会到化学实验的乐趣，为学生快乐学习化学开拓了新思路、提供了新方法。在教学中要充分利用生活中的资源多设计一些趣味化、环保化、安全化的化学实验，为学生提供更多体验和操作实验的机会，让学生真正爱上化学课堂和化学实验。