电解氯化铜溶液实验装置改进

衡科学

一、教材实验装置存在的问题

苏教版、人教版、鲁科版电解氯化铜实验装置均采用U形管装置，需要用铁架台进行固定，电源一般采用220 V转低压可调的直流电源，比较笨重，不便于携带且存在触电隐患。阳极产物为氯气，为有毒气体，吸入量达到0.2 ppm就会引起身体不适，该实验一般要求在有通风设备的实验室里进行。教材实验装置氯化铜溶液用量较大，因石墨棒离得较远，电阻较大，需要6 V～12 V电压电解较长时间（2～3分钟以上）才有现象。按教材的实验装置无法在普通教室进行分组实验，即使在有通风设备的實验室进行分组实验，因分组多，仍然不可避免地闻到刺激性气味。日常教学中，教师往往会选择演示实验，需要携带较多装置，比较麻烦，演示时不能移动展示，不少教师不愿演示该实验因而将其改为播放实验视频，实验效果不佳。本课实验对电源、电极、电解容器均进行创新改进，改进后的实验装置只需很少用量、很低浓度的氯化铜就能完成，且实验所需时间短、现象明显，产生的氯气能有效控制。

二、改进实验装置

1. 实验仪器和药品

废弃电蚊香液空瓶（带盖）、2.0 mm自动铅笔芯、9 V方电池、9 V电池帽、导线、小鳄鱼夹、1%氯化铜溶液、淀粉碘化钾试纸、蒸馏水。

2. 改进后的实验装置（如下图）

3. 实验步骤

（1）连接导线两端的小鳄鱼夹和9 V电池。

（2）用酒精清洗蚊香液空瓶，再用水清洗。用锥子在靠近瓶口的方向钻两个对称的孔，孔径和2.0 mm铅笔芯的直径相当。

（3）插两个笔芯电极，向瓶中加入浓度1%氯化铜溶液，用鳄鱼夹分别夹住两个笔芯电极，扣上9 V电池连接盖，几秒钟就能观察到阳极表面产生气泡，阴极可以观察到红色物质出现，断开电池连接盖，电解即停止，将阴极笔芯向上抽出液面，红色物质更明显，用镊子夹取湿润的淀粉碘化钾试纸，拧开瓶盖，很快就能观察到淀粉碘化钾试纸变蓝。

4. 实验条件优化

由表1可知，氯化铜溶液浓度不宜过大，浓度越大，蓝色越深，浓度大不利于直接在溶液中观察红色铜析出现象，且会造成电解液浪费，本实验装置只需采用0.5%～1%的氯化铜溶液就得到理想实验现象。电压越大，电解速率也越快，在浓度较小的氯化铜溶液，本实验选择3 V～9 V电池都可以较快完成实验。

三、实验改进亮点

1. 整套装置为微型实验，比较环保

该实验装置采用废弃电蚊香液空瓶，体积小，瓶子本身透明，很容易观察到实验现象。电解消耗的氯化铜浓度和体积均较小，节约药品。电解时瓶盖一直处于密封状态，氯气不会泄露，检验氯气时，只需拧开瓶盖，在瓶口放置湿润的淀粉碘化钾试纸，微微压瓶身让少量氯气溢出，就能观察到现象。笔者尝试在教室进行分组实验（10组），教室内没有闻到刺激性气味。本改进装置适合教室内进行分组实验或者演示实验。

2. 电极、电源及开关改进

实验装置均采用日常生活中常见的仪器，便于学生课后在家进行拓展实验，培养学生的创新意识。学生常用自动铅笔芯有0.5 mm、0.7 mm、1.0 mm、2.0 mm几种规格，选用笔芯时太细容易断且不容易夹持，也不利于瓶上打孔，最终本实验选用2.0 mm的笔芯。因本实验电极离得比较近，采用低压9 V电池就能完成实验。电池电压低，无安全隐患，容易携带，成本低。此外，学生还能直观感受到电解电源是直流电源。本改进装置也拉近了实验与学生的距离，增加了实验趣味性。

3. 实验时间短

学生在进行分组实验或者教师在进行演示实验时，约10秒就能透过透明的瓶身观察到红色物质析出，避免红色铜转化为亚铜离子导致观察不到的问题，同时在阳极也能观察到微小的气泡生成。因为实验时间短，实验现象观察到后断开电池扣，电解就停止，因此污染小，消耗能源少，可以培养学生的环保意识。

（作者单位：江苏省苏州市吴江平望中学）

责任编辑：闵 婕