用鹽橋設(shè)計(jì)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究?jī)蓚€(gè)模糊問題

1、用鹽橋設(shè)計(jì)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究?jī)蓚€(gè)模糊問題摘要：利用輸液軟管先制作鹽橋，對(duì)中學(xué)化學(xué)中濃硝酸能 鈍化鐵的底限濃度、鋁與同濃度鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的 難易程度等模糊問題進(jìn)行了電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與研究。關(guān)鍵詞：鹽橋；鈍化；電極電勢(shì)；濃度文章編號(hào)：1005-6629（2010） 11-0010-03 中圖分類 號(hào)：g633. 8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：c在電化學(xué)反應(yīng)中，我們常用鹽橋?qū)㈦姵刂械膬煞N被分隔 開的電解質(zhì)溶液連接起來(lái)用于溝通兩個(gè)半電池，以降低液接 電勢(shì)，保持電荷平衡，使反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行。我們用輸液軟 管制作了鹽橋并對(duì)兩個(gè)中學(xué)化學(xué)模糊問題進(jìn)行了電化學(xué)實(shí) 驗(yàn)的設(shè)計(jì)與研究，現(xiàn)介紹如下，愿與同行探討。1鹽橋制作1（1）

2、取少量瓊脂固體在研缽中研細(xì)，置于小燒杯中加 適量蒸館水。加熱煮沸至糊狀且無(wú)明顯顆粒存在，繼續(xù)加約 4 g kc1固體（也可選用kn03固體等，一般瓊脂與鉀鹽固體 質(zhì)量比大致控制在1 ： 4左右），攪拌均勻；（2）截取幾段輸液軟管，借用注射器趁熱使整條軟管 吸滿瓊脂（不能有氣泡），冷卻備用。2問題探索2. 1能使鐵鈍化的濃硝酸的底限濃度是多少？常溫時(shí)，鐵（或鋁）在濃硝酸（或濃硫酸）中其表面會(huì) 生成一層致密的氧化膜，從而阻止內(nèi)部的金屬與酸進(jìn)一步反 應(yīng)的現(xiàn)象叫鈍化2,但當(dāng)硝酸濃度變稀時(shí)鈍化現(xiàn)象則會(huì)消 失。很自然地，許多學(xué)生會(huì)問那么能使鐵發(fā)生鈍化的硝酸的 最低濃度是多少。我們認(rèn)為，這一模糊問題若能讓學(xué)

3、生以課 題的形式進(jìn)一步分析研究，對(duì)提高學(xué)生的探究能力還是很有 價(jià)值的。在掌握原電池的知識(shí)后，筆者便與學(xué)生們一起作了 一番探究。由于鐵在冷的濃硝酸中鈍化，而銅則沒有這種性質(zhì)，學(xué) 生們提出可使cu-fe與濃硝酸組成原電池。起先，鐵發(fā)生 鈍化而銅電極會(huì)與硝酸反應(yīng)作負(fù)極；若對(duì)鐵電極附近酸稀 釋，隨著硝酸濃度降低直至某一時(shí)刻鈍化現(xiàn)象便會(huì)消失，鐵 因比銅活潑而“反客為主”成為負(fù)極。若在電路中預(yù)先串聯(lián) 一靈敏電流計(jì)便可觀察到指針的反轉(zhuǎn)，而反轉(zhuǎn)時(shí)刻即為能使 鐵鈍化的硝酸的臨界濃度。基于以上分析，我們?cè)O(shè)計(jì)了圖1 裝置，具體操作過程與現(xiàn)象為：實(shí)驗(yàn)1: （1）用10 ml的量筒分別量取5. 0 ml濃硝酸 （65

4、% ,分析純，密度為1.40gml-1，浙江三鷹化學(xué)試 劑有限公司出品）注入兩支具支試管，浸沒鹽橋兩端，然后 按圖1組裝好實(shí)驗(yàn)裝置；（2）將粗的鐵絲與銅絲同時(shí)插入濃硝酸中，觀察到靈 敏電流計(jì)指針先指向銅絲但又迅速反轉(zhuǎn)（只需12s ）,穩(wěn) 定后指針偏向鐵絲一端。說(shuō)明使用濃硝酸鈍化鐵絲速度快, 指針穩(wěn)定后鐵電極為正極；(3) 用盛有蒸餾水的5ml的注射器邊向具支試管內(nèi)滴 加蒸餡水邊混合均勻(可輕微振蕩具支試管，控制溶液溫度 在室溫附近，也可采用水浴控制混合液溫度)，并注視電流 計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向。在指針恰好發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)記錄此刻注射器 已注入的水量v(ml)。實(shí)驗(yàn)過程中，在控制混合液溫度恒定前提下應(yīng)盡可

5、能縮 短蒸鐳水滴加過程，以減少金屬電極與酸接觸的時(shí)間。在室 溫為17.2 1時(shí)，筆者重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)測(cè)出三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別 為 2. 6 ml. 2. 3 ml、2. 4 ml,求得平均 v 為 2. 4 ml ,據(jù) 此，可計(jì)算得能使鐵鈍化的最低濃度約為51 %(約10. 7 mol -l-l) o在此基礎(chǔ)上，筆者繼續(xù)配制了 51 %的硝酸溶液并 直接置于具支試管按圖1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針穩(wěn)定后 仍有指針偏向鐵電極的現(xiàn)象，但達(dá)到穩(wěn)定的過程耗時(shí)較濃硝 酸時(shí)更長(zhǎng)(需10 s以上)；若使用更低的硝酸濃度(如49%、 47 %、45 %等)時(shí)則均未發(fā)現(xiàn)指針偏向鐵電極的現(xiàn)象，說(shuō)明 該濃度的硝酸已不能鈍化鐵

6、。按上述的實(shí)驗(yàn)方法，我們也還可以嘗試簡(jiǎn)單地測(cè)定其他 一些金屬與酸能發(fā)生鈍化現(xiàn)象時(shí)的底限濃度。2. 2鋁與等濃度的鹽酸、naoh溶液反應(yīng)時(shí)哪個(gè)更容易？ 我們知道，金屬鋁能與鹽酸反應(yīng)，也能與naoh溶液反應(yīng)：2a1+6hc1=2a1c13+3h2 f、2al+2na0h+2h20=2naa102+3h2 t o那么，相同的鋁片分別與 等物質(zhì)的量濃度的鹽酸、naoh溶液反應(yīng)時(shí)哪個(gè)相對(duì)更容易 些？化學(xué)實(shí)驗(yàn)是最高法庭！我們?cè)O(shè)計(jì)了圖2的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行 探究。實(shí)驗(yàn)2：室溫(18. 6 °c)下，在甲、乙兩個(gè)小燒杯中 分別盛放一定量1.0 mol l-1的鹽酸和naoh溶液并用鹽橋 溝通，將兩片相同的

7、鋁片(預(yù)先除去氧化膜)串聯(lián)一靈敏電 流計(jì)后分別插入兩種電解質(zhì)溶液。可觀察到電流計(jì)指針指向 燒杯甲，說(shuō)明naoh溶液一端的鋁片作負(fù)極。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明naoh溶液與鋁反應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)明顯高于等 濃度鹽酸與鋁反應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。我們知道，鋁與naoh(或鹽酸) 反應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)隨溶液中c (0h-)或c (h+)的增大而上升, 那么通過調(diào)整naoh溶液和鹽酸的濃度是否可以使實(shí)驗(yàn)圖2 裝置中指針的反轉(zhuǎn)呢？我們又配制了不同濃度的兩者溶液， 繼續(xù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)2的探究。我們選用物質(zhì)的量濃度為0. 50. 0. 10. 0.050、0.025、 0. 010、0. 0050 moll-1的naoh溶液分別與濃度為2. 0、 4.

8、0、6.0、8.0、10.0、12.0、14. 0 mol - l-1 的鹽酸進(jìn)行排 列組合后進(jìn)行測(cè)試，共測(cè)試了 42對(duì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，除naoh 溶液和鹽酸濃度分別為0.010-12.0、0.010t4.0、0.00508.0、0.005010.0、0.0050-12.0、0.0050-14.0（mol - l-l）等六對(duì)外，其余36對(duì)實(shí)驗(yàn)中靈敏電流計(jì)指針 方向均偏向燒杯甲，即都以鹽酸中鋁電極為電池正極、naoh 溶液中的鋁電極為負(fù)極。上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣表明，鋁在堿性溶液中失電子的能 力比在酸性溶液中失電子能力要強(qiáng)的多。按圖2的裝置實(shí)驗(yàn) 探究時(shí)，在絕大部分情況下該原電池裝置應(yīng)為甲燒杯內(nèi)的鋁

9、片（浸在鹽酸溶液中）為正極，乙燒杯中的鋁片（浸在naoh 溶液中）為負(fù)極；除此以外，定量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示一般只 有當(dāng)鹽酸濃度大于10.0 mol l-1且naoh溶液濃度控制在 0. 010 mol l-1以內(nèi)時(shí)靈敏電流計(jì)指針才有可能反轉(zhuǎn)，即鹽 酸濃度必須在naoh溶液濃度的千倍之上。可見，按圖2裝 置形成的原電池在一般條件下我們都可以認(rèn)為是以浸泡在 naoh溶液中鋁電極作原電池負(fù)極的！3教學(xué)反思（1）從上面兩則實(shí)驗(yàn)中我們可以得到一些啟示，只要 細(xì)心分析、巧妙設(shè)計(jì)、大力實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)探究是解決疑難問題 的一劑良方。（2）新課程的實(shí)施中新啟用的化學(xué)教科書因限于教材 篇幅以及學(xué)生認(rèn)知水平等因素，在描述某些化學(xué)知識(shí)時(shí)往往 有意點(diǎn)到即止不再拓展深究，難免讓人會(huì)有模糊不明確的感 覺。這些內(nèi)容一般不是考試的重點(diǎn)甚至壓根兒就不是考點(diǎn)， 因此很多一線教師在教學(xué)處理時(shí)即使碰到有學(xué)生質(zhì)疑時(shí)也 常采取或回避、或搪塞的處理方式。但若能以此作為學(xué)生知 識(shí)生長(zhǎng)點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生積極探究，讓學(xué)生在困惑中實(shí)踐，在實(shí)踐 中感悟，在感悟中提升，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生探究意識(shí)、提高學(xué)生探 究水平是大有裨益的。參考文獻(xiàn)：1 陸燕海，計(jì)麗.介紹一