摘 要：利用pH傳感器、陰離子交換膜和常見(jiàn)生活用品對(duì)電解氯化銅溶液的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了優(yōu)化。該實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)得快，并對(duì)產(chǎn)生的氯氣進(jìn)行了有效吸收，直觀展示了氯化銅溶液電解后pH的變化情況。該套裝置也適用于其他物質(zhì)的電解實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；氯化銅溶液；裝置改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

為進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)效率、安全性和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的直觀性，并加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的解釋和相關(guān)知識(shí)的探討，以解答學(xué)生的疑問(wèn)，有必要設(shè)計(jì)一套集成化的實(shí)驗(yàn)裝置，具體如下。

一、實(shí)驗(yàn)用品

儀器：燒杯（ 500mL）、導(dǎo)線、學(xué)生電源（J1209高中教學(xué)電源）、磁力攪拌器、陰離子交換膜、pH傳感器（ Vernier-PH-BTA-CH）、石墨電極、淀粉碘化鉀試紙。

藥品：0. 1mol·L-1 CuCl2溶液、10% NaOH溶液。

二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

（一）固定及尾氣吸收裝置

選用生活中的有孔杯墊，在孔中塞入浸有10% NaOH溶液的脫脂棉，其中一個(gè)小孔用脫脂棉固定一片濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙，預(yù)留三個(gè)孔位分別用來(lái)固定電極、傳感器等，如圖1所示。

（二）半透膜裝置

截取礦泉水瓶的上半部，將瓶蓋處打通，然后使用瓶蓋將半透膜固定在瓶口處，如圖2所示。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（一）單液電解池

①在燒杯中加入200mL的0. 1 mol·L-1 CuCl2溶液。

②將固定及尾氣吸收裝置蓋在燒杯上，將兩個(gè)石墨電極及pH傳感器穿過(guò)預(yù)留的孔浸入溶液中，并用脫脂棉塞住余下的孔。

③將電源調(diào)至4V6A，打開(kāi)磁力攪拌器和pH傳感器，采集數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖3所示。

（二）雙液電解池

①先將半透膜裝置置于燒杯中，分別向燒杯和半透膜裝置中各加入100mL的0. 1mol· L-1 CuCl2溶液。

②將固定及尾氣吸收裝置蓋在燒杯上，兩個(gè)石墨電極分別浸入燒杯和半透膜裝置的溶液中，先將pH傳感器置于陰極附近，裝置示意圖如圖4所示，實(shí)物圖如圖5所示。

③將電源調(diào)至20V 2A，打開(kāi)磁力攪拌器和pH傳感器，采集數(shù)據(jù)。

④重新分別向燒杯和半透膜裝置中各加入100mL的0. 1mol·L-1 CuCl2溶液。再將pH傳感器置于陽(yáng)極附近，重復(fù)上述操作，得到數(shù)據(jù)如圖6所示。

四、數(shù)據(jù)分析

五、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的亮點(diǎn)

（一）提高實(shí)驗(yàn)效率

通過(guò)半透膜裝置提高了實(shí)驗(yàn)效率，銅與氯氣的生成能夠在短時(shí)間內(nèi)被觀察到，而且能快速測(cè)出pH的變化。明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有助于學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。1分鐘后，可觀察到碳棒上有紅色物質(zhì)附著、淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如圖7所示。

（二）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸

通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，并利用pH傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH的變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了“宏觀—微觀—符號(hào)—曲線”的多重表征構(gòu)建，促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展。

（三）巧用生活材料

充分利用生活材料對(duì)裝置進(jìn)行改進(jìn)，例如利用多孔杯墊、礦泉水瓶等。半透膜裝置的運(yùn)用并非高深莫測(cè)，身邊的簡(jiǎn)單材料就可以實(shí)現(xiàn)。這種務(wù)實(shí)的教學(xué)方法有助于學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力。

（四）裝置反復(fù)使用

該套裝置可以推廣應(yīng)用到氯化鈉、硫酸銅等電解質(zhì)溶液電解時(shí)陰陽(yáng)極的pH變化實(shí)驗(yàn)。例如電解氯化鈉溶液時(shí)，學(xué)生往往產(chǎn)生OH—主要存在于陽(yáng)極的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。利用此套半透膜裝置設(shè)計(jì)成雙液電解池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以看出陰極區(qū)pH增大，陽(yáng)極區(qū)pH減小，電解產(chǎn)生的OH—主要存在于陰極，有效糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

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（責(zé)任編輯：加順花）