从电解食盐水实验获得的理念

化学教育　２００２年第３期　从电解食盐水实验获得的理念　刘怀乐　（重庆巴蜀中学４０００１３）　大家对于用石墨电极（惰性电极）电解饱和食盐　水不乏了解，但是对于用不伺的电极（如　、ｃｕ）电　解不同浓度的食盐水就了解得相对较少，应当说这　是一个很有新意的实验领域和极有探究性价值的教　学素材。　１用Ｃｕ做电极电解饱和食盐水　试管里注入２　ｍＬ～３　ｍＬ饱和食盐水，剥开电话　专用导线两端露出的铜线（一红一蓝），一端伸进试　圈１　管内食盐水液面下，另一端跟２个ｌ号干电池（或２　同时伴有大量　气泡产生；跟电池正极相连的铜线　个５号干电池）的两极相接（图１），电解过程立即开　（阳极）色泽（紫红）不变，只是铜线由粗变细。　始，观察现象于下：　（２）溶液导电初始的半分钟内，溶液略显浑浊，　（１）液面下跟电池负极相连的铜线（阴极）变黑．　很快呈浅的橙黄色，进而生成较多的橙黄色沉淀。　指导。　为红棕色（尖嘴导管上方倒罩一个用碱液润洗后的　能用Ｕ型管组装的实验装置有多种，下面是学　锥形瓶，以防污染）　生设计的几种有代表性的实验装置及其使用说明：　嚣　、毒　田４　在学生展示自己的作品中，一些学生从别人的　设计中得到启发并给予改进，又产生新的设计，如装　图３　装置Ｉ适用于粒状或块状固体与液体反应物反　置Ⅱ，一位学生提出在Ｕ型管的右管中问塞进一团　应制备气体（常温），如制备　、ｃ　、　Ｓ等。液体　石棉，并在其上放置Ｎａ２ｏ２，Ｕ型管底部放人ｃａＣｑ，　反应物从左管口注入至塑料档板底部（不能与固体　胶头滴管滴人稀ＨＣＩ如图４所示，用带火星的小术　反应物接触），将Ｕ型管向右倾斜，即发生反应，正　条放在导管口，即可用于检验ｃＯ　与Ｎａ２Ｏ２反应的　放则停止反应，制备气体就像倒水那样方便。装置　事实。　Ⅱ适用于粉末状态的固体与液体反应（常温）制备气　这种发散性的实验设计，学生的创新欲望得以　体，如制备ｅｌ：（Ｋ￣ｎＯ，＋ＨＣ１），ｏ２（Ｎ　０２＋Ｈ２０），　极大地发挥，其聪明才智也得到充分的展示（以Ｕ　Ｈ　（ｃａ　＋Ｈ２０）、ｓ　（Ｎａ２ｓ（）３＋Ｈ２ＳＯ４）。装置Ⅲ是　型管为主体的实验装置还有很多，如气体的干燥或　将Ｕ型管的右管截去一半，装上带活塞尖嘴导管的　冷凝等等，不一一赘述）。总之我们并不要求学生都　塞子，塞子下面插上铝片或镁条、铜片等，也可用大　像科学家那样有伟大的发明创造，但我们要求学生　头针将钠粒固定在塞子下面，从左管口注入ＮａＯＨ　在原有基础上有所突破、有所创新，形成良好的“创　溶液或盐酸、稀硝酸、浓硝酸、水等，直至右管内的铝　新思维的习惯”。正如布鲁纳所说：“发现不限于寻　片等金属完全浸没，不留空气。该装置既可用做制　求人类尚未知晓的事物，确切地说，它包括用自己的　备气体，又可用于储备气体，也便于观察和检验气　头脑亲自获得知识的一切方法。”　参考文献　体，尤其是制备ＮＯ，由于右管内的空气已被排尽，反　［１］刘知新主编．粱慧妹，郑长龙化学实验论南宁：广西教育出版　应储备的气体为无色，当启开活塞，喷出的气体则变　社．１９９６　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００２年第３期　化学教育　由于饱和食盐水的密度较大，生成的橙黄色沉淀聚　集在液面上。　（３）２　ｍｉｎ～３　ｍｉｎ之后，测得溶液的ｐＨ约为ｌＯ，　当黄色沉淀聚集较多时，把沉淀分放在３个试管里　分做以下几项实验：　①滴人稀Ｈ２ＳＯ，或稀ＨＣ１，沉淀溶解成浅蓝色　溶液（Ｑ　）；②滴人氨水，沉淀立即溶解成近乎无色　的溶液，过一会，溶液在空气中被氧化成蓝色一深蓝　围２　以上实验现象表明，当用ｃｕ做电极电解ＮａＣＩ　色一绛蓝色；③滴人浓的ＮＨＣ１溶液，跟滴人氨水产　稀溶液的过程，电极反应过程如下：　生的现象十分相似。　阳极ｃｕ一２ｅ＝Ｃ４　（氧化反应）　以上实验现象表明，用石墨做电极电解饱和食　阴极２Ｈ２０＋２ｅ＝２．ＯＨ一＋　十（还原反应）　盐水，跟用ｃｕ做电极（阳极）电解饱和食盐水有着本　ｃｕ２　＋２０Ｈ　＝Ｃｕ（ＯＨ）２＋（蓝色）　质的区别。前者可用下式表示：　ＮａＣ１在电解过程中没有起实质性变化。　２Ｎ棚＋２Ｈ２０￣ｔ２ＮａＯＨ＋Ｈ２十＋　十　３用ｈ做电极　（阳极）　后者，跟电池正极相连接的阳极（ｃｕ）要溶解，跟电　（１）电解ＮａＣＩ浓溶液，实验方法同前，可在ｌ　池负极相连接的阴极（ｃｕ）附近有　气泡并有大量　ｍｉｎ之内生成大量墨绿色沉淀Ｆｅ（ＯＨ）　与Ｆｅ（ＯＨ），　橙黄色ｃ　Ｏ沉淀生成。电极反应过程如下：　混合物。电极反应过程如下：　阳极Ｆｅ一２ｅ　Ｆｄ　（氧化反应）　阳极２Ｃｕ一２ｅ＝２Ｃｕ　（氧化反应）　阴极２　Ｏ＋２ｅ＝２０Ｈ一＋　十（还原反应）　阴极２１ｔ２０＋２ｅ：２０Ｈ一＋　十（还原反应）　Ｆ　＋２０Ｈ一＝ｎ（ＯＨ）２★　２Ｃｕ　＋２ＯＨ一：２ＣｕＯＨ　ＣｕＯ“一　。　Ｆｅ（（）Ｈ），＋２　ｏ＋　＂４Ｆｅ（叫），　（　）　Ｃｕ２０经　ＳＯ　、ＨＣＩ酸化，发生歧化反应生成ｃｕ和　（２）电解ＮａＣＩ稀溶液，实验方法同前，很快生成棕黄色　Ｆｅ（ＯＨ）　沉淀。电极反应过程如下：　ｃ　：Ｃｕ２０＋２Ｈ　＝Ｃｕ★＋ｃ　＋　Ｏ　阳极２Ｆｅ一６ｅ＝２Ｆｄ　（氧化反应）　ＣｕｚＯ溶于氨水，生成不稳定的无色配合物　阴极６Ｈ２０＋６ｅ＝６０Ｈ一＋３Ｈ２十（还原反应）　［Ｃｕ（ＮＩ－Ｉ￣）：］　，［Ｃｕ（Ｎｌ－ｈ）　］　在空气中很快氧化成深　２Ｆ　＋６ＯＨ＝２Ｆｅ（ＯＨ）３　（棕黄色）　蓝（绛蓝）色的［Ｃｕ（ＮＨ３）　］“：　㈨ｎ＝ｃ　ｏ＋４ＮＨ３一＝＝　　Ｏ；＝　２［ｃｕ（Ｎ　）２一　＋２ＯＨ一＋３　Ｏ　４一点体会　（无色）　对于用ｃｕ、　等变价金属做电极电解ＮａＣＩ、　几　２［Ｃｕ（ＮＨ￣）２］　＋４ＮＨ３‘　０＋｛ｑ（空气）　ＫＣ１、Ｎ￣ＳＯ４等中性盐溶液，以下认识极为普遍：要　＝２［ｃｕ（Ｎ　）４］　＋２０Ｈ＋３　Ｏ　么，电极都氧化成为高氧化态（Ｑ　、Ｆ　）；要么，电　（绛蓝色）　解№ｅｌ浓溶液电极氧化成高价态，电解ＮａＣＩ稀溶　记得一次用饱和食盐水酚酞溶液检验电池的　液电极氧化成低氧化态。前面的实验结果恰恰得出　正、负极——溶液变红的一极是电源的负极，另一极　了跟逻辑推理完全相反的结果。一般说来，电极　是电源的正极。由于事先忘了加酚酞，竟发现用ｃｕ　（ｃｕ、Ｆｅ）可被氧化的程度跟电解质溶液浓度的关系　导线做电极电解食盐水有上述的多种趣味现象。　是：电解质溶液浓度大，电极极易氧化成低价态；电　解质溶液浓度小，电极极易氧化成高价态（电解质自　２用ｃｈ做电极电解ＮａＣ１稀溶液　身不发生什么变化）。至此，我们明白一个道理：化　把饱和食盐水按图２所示体积比稀释后电解　学上的好些知识（哪怕是简单知识），仅仅靠逻辑推　（方法同前），实验结果不难发现：　理去认识，在许多时候都是靠不住的，即使是逻辑推　ｆ１）ａ、ｂ　２个试管的ＮａＧ１溶液浓度较大．反应　理所获得的认知，最终还得靠实验去检验其真伪，这　速度（产生气泡）快，生成橙黄色沉淀；　或许就是我们通过电解食盐水所获得的化学知识和　（２）ｃ、ｄ　２个试管的ＮａＧ１浓度较小，反应速度　化学理念。尽管我们现行的高中化学没有涉及这些　较慢，生成黄绿色沉淀；　电化学知识，我想在不拘泥于教材的开放式教育教　（３）ｅ、ｆ　２个试管的ＮａＧ１浓度更小，反应速度　学背境下，把这些知识向化学的课内课外适当引伸，　更慢，生成蓝色沉淀Ｃｕ（ＯＨ）　。　想必是有益的。