电解氯化铜溶液一体化微型创新实验

摘要

利用廉价易得的实验器材对电解CuCl₂溶液实验装置进行改进，可实现电解、检验、尾气吸收的一体化。装置结构简单，易于操作，现象明显，既便于学生课堂分组实验操作，也便于学生理解电解原理。该装置还可用于电解其他溶液，如电解饱和食盐水等，普适性强，成本低，对实验条件较为欠缺的学校有借鉴价值。

Graphical abstract

关键词

电解实验 / CuCl₂溶液 / 自制教具 / 一体化 / 绿色环保 / 微型创新实验

电解CuCl₂溶液与电解饱和食盐水，是高中化学实验教学的重点实验。现行人教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》^［1］中电解CuCl₂溶液的装置如图1所示。该装置所需试剂量较多，且为敞开体系，电解产生的Cl₂无吸收装置，逸散到空气中污染教室环境，违背绿色理念。鲁科版高中化学选择性必修1《化学反应原理》^［2］利用U形管和橡胶管组合装置电解饱和食盐水，虽密闭但装置复杂，没有气体收集、检验装置，在实际教学中存在困难。

1 文献分析

许多研究者通过改造或者自制教具对电解装置进行创新改进，现选择代表性实验案例简述如下。

吴小辉等^［3］借助球形干燥管、注射器改进电解装置，该装置体现了绿色化学理念，装置简易、节能高效。虽有优点，但存在以下不足：选用玻璃材质器具存在一定安全隐患，脱脂棉和KI淀粉试纸不好固定；注射器不方便打孔等。邹雪连等^［4］利用塑料滴管、铅笔芯、鳄鱼夹导线改进电解装置。该装置微型化，电解时间短，现象明显，可以用于分组实验。但不足之处是：实验中产生了污染性有毒Cl₂，未经尾气处理，在污染环境的同时危害师生健康。对此，笔者在兼顾一体化、绿色化、微型化的基础上，对教材实验进行创新设计，改进装置具有器材廉价、易于操作、试剂用量节省、实验现象直观等优点。

2 实验的创新设计

2.1 实验器材及实验药品

（1） 实验器材：9 V电池、鳄鱼夹导线、3 mL塑料滴管、铅笔芯、脱脂棉、镊子、剪刀（图2）。

（2） 实验药品：25% CuCl₂溶液、加酚酞的NaOH溶液、加酚酞的饱和食盐水、碘化钾淀粉试纸、蒸馏水。

2.2 实验装置的组装

实验装置的组装步骤如图3所示。取一支3 mL塑料滴管，分别用2支铅笔芯尖头扎入滴管吸泡一侧，再吸取约2/3体积的25% CuCl₂溶液（图3-a）；准备另一支3 mL塑料滴管，用剪刀把塑料滴管尖嘴和第二段管身连接处剪开，再在滴管吸泡底部横着剪开，在剪开的塑料滴管吸泡和第二段管身相连处装KI淀粉试纸，用蒸馏水润湿试纸；用镊子夹取一团用含酚酞的NaOH红色溶液润湿的棉球，将其放置在滴管吸泡底部（图3-b）；把2支塑料滴管组合在一起（图3-c）。连接好鳄鱼夹线和9 V电池。

2.3 实验步骤

（1） 用导线连接一节9 V电池和铅笔芯，遂组成电解装置（图4）。

（2） 接通电源，开始电解。电解开始，阳极棒（红色导线连接的铅笔芯）上立即产生明显气泡，阴极棒（黑色导线连接的铅笔芯）上有红色物质产生，淀粉碘化钾试纸变蓝，实验现象如图5所示。

3 装置优点

（1） 实现了电解、检验、尾气吸收的一体化。在此过程中，阴极产生的铜现象明显，阳极产生的Cl₂使湿润的淀粉KI变蓝，现象明显；而由酚酞与NaOH共同润湿的红色棉球实现了Cl₂的尾气吸收，红色棉球能够指示尾气处理装置是否失效，充分体现了绿色化学理念。

（2） 实现了电解分组实验的便捷性、微型化，实验装置组装简单，实验器材廉价易得。对于实验条件较为欠缺的学校有参考价值。用9 V电池代替学生化学电源，使得电解分组实验便捷小巧，安全性高。在分组实验过程中，学生动手部分多，但难度不大，较教材实验的组装搭建更为微型、便捷，实验现象反而更加明显。

（3） 实现了电解拓展实验的可行性，用该创新实验装置电解饱和食盐水，实验现象明显，学生可以通过分组实验掌握电解饱和食盐水的基本原理。结合实验现象分析电极产物，根据实验现象可以体会氯碱工业中制备纯净的Cl₂、H₂、NaOH需要使用阳离子交换膜隔开阴极区和阳极区的意义。将25% CuCl₂溶液换成加有酚酞的饱和食盐水，其他实验用品及药品和操作步骤不变进行实验：实验中，阳极有气泡产生，溶液呈黄绿色，阴极有气泡产生，溶液呈红色，淀粉碘化钾试纸变蓝。教师可以在此过程中提问学生——黄绿色气体为什么会消失？如何应用该装置制备NaClO？此外，将电极进行反转，也是经典考题的实际演绎。该装置基于电解原理的拓展应用，还有待进一步探索。

参考文献

[1] 人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高中教科书化学选择性必修1·化学反应原理［M］.北京：人民教育出版社，2019.

[2] 王明召，王磊，高盘良.普通高中教科书化学选择性必修1·化学反应原理［M］.济南：山东科学技术出版社，2019.

[3] 吴小辉，伍俊文.电解氯化铜溶液装置的改进与思考［J］.化学教学，2018（10）：72-74，78.

[4] 邹雪连，张邱.电解氯化铜溶液微型化实验改进［J］.中学化学教学参考，2016（12）：53.