电解饱和食盐水实验装置的新设计

李楠 罗兵 唐其生

摘要： 利用实验室中常见的仪器——三颈烧瓶等设计一套电解饱和食盐水的实验装置，具体介绍实验改进后的实验用品、实验装置、实验步骤和实验方法。该套装置不仅仪器常见易得，而且操作简单、现象明显、趣味性强、基本无污染，以最短时间可以实现最佳的实验效果，十分适合于课堂演示。

关键词： 电解饱和食盐水; 改进装置; 实验探究

文章编号： 10056629（2019）4006603中图分类号： G633.8文献标识码： B

1 问题的提出

电解饱和食盐水是高中化学的重要实验之一，通过对该实验的深入分析，不仅可帮助学生较好地理解电解反应的原理，还可让学生体会到科技进步对工业发展的巨大推动力。

在现行沪教版高一教材第二章“开发海水中的卤素资源”第一节“以食盐为原料的化工产品”图2.5中出现了该实验的装置[1]，见图1。然而图示中所使用的装置在大部分中学实验室并未普及，所以教师通常会按照鲁科版教材所示装置进行实验（即利用带有支管的U形管，见图2）。该套装置仪器虽常见易得，但在实际操作过程中却存在以下三点不足： 一是气体制备、收集、检验的实验是分开进行的，所涉及到的仪器较多、操作繁琐;二是两极看到气泡速度虽快，但要收集一试管的H2，仍需要较长一段时间，一定程度上降低了课堂的时效性，而且产生的H2会混入空气，进行点燃或爆鸣时不易成功，影响实验效果;三是验证Cl2时，Cl2容易逃逸到空气中而污染环境，不利于培养学生的环保意识。

针对以上问题，查阅了大量文献，发现已有不少同行对该实验做了改进研究，取得了较多成果。

如林静静“电解饱和食盐水的微型实验改进”[2]，

见图3。该套装置用电池盒来代替笨重的学生电源，以极细的铅笔芯作电极，用培养皿来作发生装置，不仅简化了实验教具，而且试剂用量少，现象明显，节能又环保。但是，微型实验装置适合于学生分组实验，若将其作为课堂演示实验可视性较差。

又如陈花蕊的“J型管改进电解饱和食盐水实验”[3]，见图4。该套装置具备传统装置中清楚展示电解过程的优点，且利用J型管将氯气封闭起来，不仅便于学生观察氯气的颜色，同时不会造成环境污染，符合绿色环保理念。然而，J型管在大部分普通中学实验室并不常见，而且根据J型管长短加工成的一长一短的石墨棒也不易寻找。

陈达等“电解饱和食盐水的新改进”[4]，见图5。该装置选用排水法收集气体，在试管底部戳一个直径约为3mm的小孔，便于检验实验操作时点

燃H2，且Cl2逸出量少，污染小。但该装置在制作时存在一些困难，试管底部的小孔要用酒精喷灯烧至红热，然后用铁钉戳制而成，耗时耗能，得到的孔径可能大小不一，易导致试管破裂浪费，小孔虽有利于气体的检验，但也增大了电阻，需要用28V以上的电压才能实现明显的实验效果。

张亚文等“电解饱和食盐水实验的改进”[5]，见图6。利用亚克力板自制的离子交换膜电解槽轻巧易携带，两个气孔被胶帽堵住，气体不会逸出，且胶帽还便于在后续检验过程中将注射器直接插入吸取气体，操作十分方便;由于阳离子交换膜的作用，通过酚酞检验两极产物时阴极室的红色溶液不能扩散到阳极室，不仅便于学生理解产物，也大

大激发了学生的学习热情。然而，该电解槽形状特殊，普通亚克力板硬度低、延展性差，自己很难制作成功，寻问淘宝上多家亚克力加工厂也以工艺有限制为由拒绝加工，给装置的制作带来困难，而且装置中所使用的阳离子交换膜价格十分昂贵，若是按照阳离子膜的制备工艺流程来制作，操作又十分复杂，不便于学生分组实验和普及使用。

集合教材及诸多文献资料对该实验设计的优点，经取长补短、综合平衡，设计了如下该实验的再改进装置。

2 实验再改进

2.1 实验原理

阳极： 2Cl--2eCl2↑

陰极： 2H++2eH2↑

总反应方程式： 2NaCl+2H2O通电2NaOH+Cl2↑+H2↑

2.2 实验用品

仪器： 学生电源、250mL三颈烧瓶、长颈漏斗、石墨棒（5mm×80mm）、5mL针筒、鳄鱼导线夹、铁架台、橡胶塞、翻口塞、酒精灯、火柴

药品： 饱和食盐水、淀粉碘化钾溶液、酚酞试剂

2.3 实验装置

2.4 实验步骤及现象

（1） 组装仪器，加入试剂。

按图7搭建好装置后，加入饱和食盐水直至三颈烧瓶左右两口处，以保证最终收集的气体纯净，并滴入4～5滴酚酞试剂。

（2） 接通电源，开始电解。

用导线将石墨电极分别与电源的正负极相连，接通电源，调节电压为15V，反应开始。观察到两极立刻产生大量气泡，长颈漏斗中液面上升，与电源负极相连的阴极附近颜色变红。

（3） 关闭电源，检验气体。

当长颈漏斗中的液面快满时可停止反应，整个过程约2min。

① 检验氯气。取一支注射器（带针头，下同），先吸取少量淀粉碘化钾溶液，再插入阳极翻口塞中，抽出少量气体，淀粉碘化钾溶液变蓝，证明产生的气体为氯气。

② 检验氢气。另取一支注射器，插入阴极翻口塞中，抽出少量气体，将注射器移至酒精灯处，缓缓推出气体，气体安静地燃烧，火焰呈淡蓝色，证明产生的气体为氢气。

2.5 实验优点

（1） 仪器常见，操作简单。

利用实验室中常见的仪器——三颈圆底烧瓶搭建了一套集制备、收集、检验于一体的电解装置，既简化了实验操作，又避免了自制实验教具的麻烦。

（2） 耗时短，现象明显。

所用玻璃仪器大且透明，可视性极佳，阴阳两极产生气泡、长颈漏斗中液面上升、阴极附近溶液颜色变红等现象都非常明显，在产物检验过程中，不用收集一试管的氢气，大大缩短了实验时间，提高了教学效率，且所得氢气纯净，验证安全。

（3） 基本没有污染。

整个实验过程都是在密闭环境中进行的，氯气没有泄露，实现零污染;饱和食盐水还可重复利用，如需下一个班级使用，只要在溶液中滴入盐酸，调节溶液的pH至中性即可，有效避免了药品的浪费。

（4） 趣味性强，成功率高。

利用注射器针筒集气取用方便、纯度高，极大提高了实验的成功率，使得整个实验过程一气呵成，期间所展现出的颜色变化等现象不仅增添了化学的魅力，更大大激发了学生的探究热情。

（5） 适用性广，实用性强。

上述实验装置同样适用于其他电解质溶液、其他电极材料的电解，例如将其应用于电解水、电解氯化铜溶液依然能取得成功。

3 实验展望

查阅文献可知[6]，电压越大，电极间距离越小， 电极材料长度越长，电解速率就越大。该套实验装置尽管不能改变电极间的距离，但可研究不同电压、不同电极长度、不同粗细的铅笔芯对电解速率的影响，把单纯的演示、验证性实验转变为具有探讨环节的探究性实验。同时，实现定性到定量，本套装置可随时定量测定两极产生气体的体积，由实验中V（H2）>V（Cl2）引发学生作深入的探究思考。

参考文献：

[1]上海市中小学课程改革委员会. 高级中学课本·化学（高一上）[M]. 上海： 上海科学技术出版社， 2015： 26.

[2]林静静. 电解饱和食盐水的微型实验改进[J]. 中学生导报， 2013， （6）： 96.

[3]陈花蕊. J型管改进电解饱和食盐水实验[J]. 中学化学教学参考， 2015， （6）： 61～62.

[4]陈达， 庄华清. 电解饱和食盐水的新改进[J]. 化学教学， 2012， （11）： 49～50.

[5]张亚文， 黄彦新. 电解饱和食盐水实验的改进[J]. 实验教学与仪器， 2016， （12）： 26～27.

[6]窦卓. 电解饱和食盐水的创新装置[J]. 化学教学， 2016， （7）： 50～53.