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對“電解水實(shí)驗(yàn)原理示意圖”裝置的改進(jìn)
摘 要: 作者針對貧困地區(qū)中學(xué)實(shí)驗(yàn)課受經(jīng)濟(jì)條件限制,實(shí)驗(yàn)儀器少而導(dǎo)致“一人做,多人看”的現(xiàn)象,結(jié)合通用技術(shù)思想,在我校大力開展的自制教具活動中,利用塑料制品和現(xiàn)有儀器自制了“高精度低成本水電解器”。實(shí)驗(yàn)原理簡單,實(shí)驗(yàn)方法簡捷,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,對電解生成的氣體體積的測量十分準(zhǔn)確,藥品用量少,操作安全,很容易被學(xué)生接受。
關(guān)鍵詞: 化學(xué)探究式教學(xué) 高精度低成本 水解器 實(shí)驗(yàn)裝置
本節(jié)課從設(shè)計(jì)和優(yōu)化化學(xué)探究式教學(xué)入手,將通用技術(shù)內(nèi)涵的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、流程和控制四大要素運(yùn)用于探究性化學(xué)課堂教學(xué)中,把化學(xué)探究與技術(shù)實(shí)踐通過發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的創(chuàng)新環(huán)節(jié)緊密結(jié)合,巧妙地使設(shè)計(jì)與技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)融合,使學(xué)生在探究過程中既學(xué)會化學(xué)知識,又掌握一定的技術(shù)思想,還提高自身的實(shí)踐、交流和表達(dá)能力。
人教版(2004年初審?fù)ㄟ^)普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書①(必修)第11頁“化學(xué)計(jì)量在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用”這節(jié)中,在探討氣體摩爾體積時,教材安排了這樣一個“科學(xué)探究”實(shí)驗(yàn)裝置,見圖1 。我們在“科學(xué)探究”時發(fā)現(xiàn):①教材裝置中收集氣體的試管沒有刻度,電解時產(chǎn)生的氫氣和氧氣只能憑借肉眼粗略地觀察出體積的相對比值;②試管和電極都無法固定,給操作帶來不便。所以,應(yīng)當(dāng)在準(zhǔn)確測定氣體體積和裝置的固定這兩個環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。于是,筆者設(shè)計(jì)了 “高精度低成本水電解器”實(shí)驗(yàn)裝置(見圖2 ),它能準(zhǔn)確地測量出電解產(chǎn)生的氣體體積,不僅使定性實(shí)驗(yàn)定量化,而且為本節(jié)“氣體摩爾體積”的教學(xué)提供準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),F(xiàn)介紹如下:
圖1 圖2
一、制作材料及方法
1.材料
10mm×150mm試管2支(或10 ml量筒2個)、輸液吊桶1個、輸液器上的小橡膠帽2個、橡膠塞2個、大頭針2枚、透明膠帶若干。
2.方法
(1)制作儲氣管
用注射針管分別給兩支內(nèi)外潔凈的試管內(nèi)加水,每加1ml,在水面處用油質(zhì)筆劃一橫線,各劃8條橫線后用透明膠帶粘壓劃痕,以防被水洗掉。或者直接用10 ml量筒。
(2)制作電解槽
①在吊桶底部兩側(cè)割挖兩個長形大孔,使兩支倒立的試管(或10 ml量筒)能豎直插入其中。
②在吊桶蓋適當(dāng)位置鉆兩個塞橡膠塞的圓孔,將插著大頭針的兩個橡膠塞,針頭朝里塞入吊桶蓋的兩個圓孔內(nèi);再給兩個通氣嘴套上小橡膠帽,給濾氣嘴上墊一層塑料薄膜,以防漏液。
③在吊桶蓋邊沿涂一層凡士林,蓋上蓋子后不漏液。
(3)組裝演示器
將兩支自制儲氣管(或10 ml量筒)倒扣在兩電極座(橡膠塞)上,給倒立的吊桶底端的導(dǎo)管內(nèi)穿線、打結(jié)后懸掛即成“高精度低成本水電解器”,見圖2 。
二、實(shí)驗(yàn)方法(以電解水為例)
根據(jù)圖3所示的電解水原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。給電解槽內(nèi)加約150ml水,電解槽兩電極座上倒扣充滿水的儲氣管(或10 ml量筒)(給儲氣管先裝滿水,蓋上小紙片,然后慢慢倒立并插入電解槽內(nèi)的溶液中),連接好電路,合上開關(guān),兩手同時提高兩儲氣管1至2cm,兩電極上即刻產(chǎn)生氣泡。片刻后放下儲氣管,關(guān)斷電源,發(fā)現(xiàn)兩儲氣管內(nèi)氣體的體積比是1(陽極) :2(陰極)。檢驗(yàn)電解產(chǎn)物,用左手輕輕取出倒立在陽極上的試管,管口向上,右手將一支帶有火星的衛(wèi)生香深入試管內(nèi),衛(wèi)生香復(fù)燃,證明陽極上產(chǎn)生的是氧氣,隨后用右手輕輕取出倒立在陰極上的試管,管口向下,移動到酒精燈火焰上,聽到有爆鳴聲,證明陰極上產(chǎn)生的是氫氣。反應(yīng)的方程式為 :
2H■O■2H■↑(陰極)+O■↑(陽極)
三、實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)
1.精度高
本實(shí)驗(yàn)裝置,能準(zhǔn)確地測量出電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積,使教材中的定性實(shí)驗(yàn)定量化,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果;同時為確定水的組成提供了可靠的理論依據(jù)。
2.好固定
此裝置是一個整體,可以隨意擺放和移動,一人可獨(dú)立操作,徹底解決了試管和電極無法固定的難題。
3.易組裝
此裝置由兩支試管(或10 ml量筒)和醫(yī)用吊桶組裝而成,制作簡單,為學(xué)生第二課堂活動做探究實(shí)驗(yàn)提供了難得的實(shí)驗(yàn)裝置。
4.低成本
其成本低且不影響現(xiàn)行課本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)效果,可解決貧困地區(qū)因資金短缺而難以開展實(shí)驗(yàn)課的問題。
5.用途廣
該儀器還可電解活潑金屬的含氧酸鹽(如硝酸鈉)水溶液、強(qiáng)堿(如氫氧化鈉)水溶液、含氧酸(如硫酸)水溶液等多種電解質(zhì)水溶液。
本節(jié)課的目標(biāo)是將通用技術(shù)思想融入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生自制教具的研發(fā)、創(chuàng)新意識,動腦動手的實(shí)踐能力,以及正確的價值觀。
此文系甘肅省“十二五”2013年度計(jì)劃重點(diǎn)課題《提高學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)綜合工程實(shí)施方略》的子課題《讓通用技術(shù)走進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室》的階段性研究成果。
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