小制作 大方便——水的电解装置制作和反思

莘永胜

湖北省枣阳市太平镇第三初级中学(441205)

水的电解是初中化学第4单元课题3“水的组成”中的一个探究活动。《课程标准》中指出本节的标准是“认识水的组成”。活动与探究建议提出“根据实验现象推断水的组成”。《教师教学用书》中指出：“它本身不是探究实验，但与讨论组合并放在模拟水组成研究的背景下，使其具有了探究的意味。水分解部分是一个水电解的探究。”可见水的电解在本节课的教学中处于比较重要的地位。

实验中，使用实验室中水的电解实验仪器，收集气体较少；验证气体时，课堂时间有限，顶端管口采用活塞式，开口比较大，在中间漏斗的压力下，气体容易迅速冲出。教材中也给出注意“控制玻璃管活塞的开启速度，使气体慢慢放出”，说明气体流速不易控制，实验现象大多不明显或持续时间短，造成课堂实践教学中，受限于时效性，教师多采用视频进行实验教学，降低了学生对探究活动的体验性。为了增强学生对实验探究过程和现象的体验。笔者开展了如下水的电解装置制作和实验操作。

1 制作准备

1.1 材料准备

一次性无菌注射器(20 mL，3个；1 mL，1个)；一次性注射器针头(白色，1.6 mm×38 mm,1个)；输液软管针(黑色7号针头，1个；其他：3个，去针头)；碳棒(R20碳性1号电池中取出，2个)；橡皮塞(3号或4号，2个)；铜导线；线鼻子(2个)；小试管(10 mm×100 mm或12 mm×70 mm，2支)；长尾夹(5号，2个)。

1.2 使用工具

小刀，剪子，塑料胶水(如502胶水)，卫生纸，蜡烛，火柴，铁丝等。

2 制作装置要点

(1)电极制作中，在接近碳棒一端1～2 cm处，使用小刀轻轻刮一周凹槽，剥离导线一端绝缘层，使导线缠绕在凹槽处并拧紧，将缠绕导线的碳棒一端朝下塞入橡皮塞，两者下端保持平齐。

(2)容器的制作中，选择1 mL无菌注射器针筒2段；针头端2～3 cm、另一段3～4 cm(中间钻孔)，热熔制作“T”形管，保持管内畅通。选择2个20 mL无菌注射器针筒同一高度钻孔，使针筒刻度线在同侧。与“T”形管的两端连接，连接处使用塑料胶水黏合。

(3)仪器连接中，7号输液软管针连接的20 mL无菌注射器针筒中碳棒为阴极。

装置如图1所示。

3 操作使用

3.1 仪器使用

(1)检查装置的气密性。使用长尾夹夹住输液软管针，注射器吸入空气，然后连接到注射器针头，使整个装置置于水中，推注射器看是否漏气。

(2)使用注射器连接输液软管针从吸取10%的氢氧化钠溶液，取下输液软管针，连接注射器针头，将10%的氢氧化钠溶液注入反应容器(图1中10)。注满后，用长尾夹夹住输液软管针。连接电源。

3.2 气体检验

3.2.1 氧气的检验

(1)待收集的氧气大于等于3 mL时，即可检验。

(2)把输液软管针中软管插入小试管底部，大拇指堵住管口，取下长尾夹，轻推注射器，使用向上排空气法收集气体。收集完气体后拇指堵住管口，观察气体颜色状态。插入带火星木条，木条复燃，可重复3次。气体收集完后，用长尾夹夹住输液软管针。

3.2.2 氢气的检验

(1)点燃蜡烛(蜡烛火焰高度不宜过低)，打开7号输液软管针上夹子，轻推注射器，排出输液软管针中液体。

(2)把7号输液软管针针头在火焰上烧红，轻推注射器，明显可见针头切口处气体燃烧。

3.3 药品的回收和仪器的清洗

实验完毕后，取下反应容器上输液软管针上的长尾夹，轻拉注射器，把大部分药品回收至指定容器，对少量残留液，可把反应容器倒置，把反应容器上输液软管针插入指定容器内，使用注射器注入空气加压或取下电极橡皮塞。然后向反应容器内加水清洗或使用注射器吸水后注射清洗。

4 实验效果

4.1 实验数据

使用10%氢氧化钠溶液，直流电源12 V，输出最大电流2 A，实验约10 min收集到3 mL氧气，7 mL氢气；直流电源18 V，输出最大电流3 A，实验约10 min收集到5 mL氧气，13 mL氢气。

4.2 实验现象

实验现象明显，氧气复燃可在试管内多次重复，氢气燃烧时间持续约10～15 s。课堂教学中，学生对实验过程和现象的体验明显增强。

5 改进反思与拓展

(1)实验装置改进有“微、易、清、绿”的特点。“微”指微型化，这样可以做到节约药品，装置易于携带。本实验中容器制作还可以改用5 mL一次性无菌注射器，碳棒改用从5号电池中获取。“易”指材料易于获取，操作简单易行。“清”指实验现象清晰可见，学生体验感增强。“绿”指装置及操作过程中绿色化，本实验中实验人员不直接接触氢氧化钠溶液，且氢氧化钠溶液可以简便回收。

(2)实验改进的不足之处：时效性不够强。实验改进应注重时效性。实验改进应当作为课堂教学活动中的一部分，为教学活动提供支持。教师课外准备时间长，上课应当集中精力在活动探究上。本实验改进只注重了学生的体验感，没有解决实验时效问题。本节课中考虑到实验电解时间较长，教师应当在开展鉴别气体探究前10 min开始实验，以期达到与教学活动同步。

(3)注射器等对化学实验装置的改进的拓展。注射器是初中化学实验改进的好帮手，可以起到替代试管、集气瓶、烧杯、滴管、漏斗、分液漏斗、量筒等多种仪器的作用。教科书中较多的实验装置可以尝试进行等效替换。

如替代试管功能，本节课中笔者用无菌注射器(针头端密封)，取出活塞替代试管。使用排水法收集氢气，然后塞进活塞，保持针头端向上，可以保存较长时间。课堂上检查氢气纯度时，只需拔出活塞，用拇指堵住管口。减少了实验过程中收集氢气这一环节，增强了实验的时效性。

如替代集气瓶，使用60 mL注射器和输液管滴壶作为氢气安全点燃装置，如图2所示，排水法收集氢气后，使针头向上，在针头烧红后点燃，持续一段时间上推，若推速过快，可见淡蓝色火焰。两端由于可以液封，氢气可以保存较长时间，不会受到氢气扩散影响。考虑到管口、气流及滴壶中水的阻断作用，火焰不会向针筒内蔓延，若气体不纯，则在针头燃烧处会出现“气炮”，实验比较安全。

实验改进可以在材料上、装置上、操作上进行创新。实验改进多接地气，在课堂教学中会展示出强大的生命力。