用盐桥设计电化学实验探究两个模糊问题

1、用盐桥设计电化学实验探究两个模糊问题摘要：利用输液软管先制作盐桥，对中学化学中浓硝酸能 钝化铁的底限浓度、铝与同浓度盐酸和氢氧化钠溶液反应的 难易程度等模糊问题进行了电化学实验的设计与研究。关键词：盐桥；钝化；电极电势；浓度文章编号：1005-6629（2010） 11-0010-03 中图分类 号：g633. 8文献标识码：c在电化学反应中，我们常用盐桥将电池中的两种被分隔 开的电解质溶液连接起来用于沟通两个半电池，以降低液接 电势，保持电荷平衡，使反应得以继续进行。我们用输液软 管制作了盐桥并对两个中学化学模糊问题进行了电化学实 验的设计与研究，现介绍如下，愿与同行探讨。1盐桥制作1（1）

2、取少量琼脂固体在研钵中研细，置于小烧杯中加 适量蒸馆水。加热煮沸至糊状且无明显颗粒存在，继续加约 4 g kc1固体（也可选用kn03固体等，一般琼脂与钾盐固体 质量比大致控制在1 ： 4左右），搅拌均匀；（2）截取几段输液软管，借用注射器趁热使整条软管 吸满琼脂（不能有气泡），冷却备用。2问题探索2. 1能使铁钝化的浓硝酸的底限浓度是多少？常温时，铁（或铝）在浓硝酸（或浓硫酸）中其表面会 生成一层致密的氧化膜，从而阻止内部的金属与酸进一步反 应的现象叫钝化2,但当硝酸浓度变稀时钝化现象则会消 失。很自然地，许多学生会问那么能使铁发生钝化的硝酸的 最低浓度是多少。我们认为，这一模糊问题若能让学

3、生以课 题的形式进一步分析研究，对提高学生的探究能力还是很有 价值的。在掌握原电池的知识后，笔者便与学生们一起作了 一番探究。由于铁在冷的浓硝酸中钝化，而铜则没有这种性质，学 生们提出可使cu-fe与浓硝酸组成原电池。起先，铁发生 钝化而铜电极会与硝酸反应作负极；若对铁电极附近酸稀 释，随着硝酸浓度降低直至某一时刻钝化现象便会消失，铁 因比铜活泼而“反客为主”成为负极。若在电路中预先串联 一灵敏电流计便可观察到指针的反转，而反转时刻即为能使 铁钝化的硝酸的临界浓度。基于以上分析，我们设计了图1 装置，具体操作过程与现象为：实验1: （1）用10 ml的量筒分别量取5. 0 ml浓硝酸 （65

4、% ,分析纯，密度为1.40gml-1，浙江三鹰化学试 剂有限公司出品）注入两支具支试管，浸没盐桥两端，然后 按图1组装好实验装置；（2）将粗的铁丝与铜丝同时插入浓硝酸中，观察到灵 敏电流计指针先指向铜丝但又迅速反转（只需12s ）,稳 定后指针偏向铁丝一端。说明使用浓硝酸钝化铁丝速度快, 指针稳定后铁电极为正极；(3) 用盛有蒸餾水的5ml的注射器边向具支试管内滴 加蒸馅水边混合均匀(可轻微振荡具支试管，控制溶液温度 在室温附近，也可采用水浴控制混合液温度)，并注视电流 计指针的偏转方向。在指针恰好发生反转时记录此刻注射器 已注入的水量v(ml)。实验过程中，在控制混合液温度恒定前提下应尽可

5、能缩 短蒸镭水滴加过程，以减少金属电极与酸接触的时间。在室 温为17.2 1时，笔者重复上述实验测出三次实验结果分别 为 2. 6 ml. 2. 3 ml、2. 4 ml,求得平均 v 为 2. 4 ml ,据 此，可计算得能使铁钝化的最低浓度约为51 %(约10. 7 mol -l-l) o在此基础上，笔者继续配制了 51 %的硝酸溶液并 直接置于具支试管按图1进行实验，发现电流计指针稳定后 仍有指针偏向铁电极的现象，但达到稳定的过程耗时较浓硝 酸时更长(需10 s以上)；若使用更低的硝酸浓度(如49%、 47 %、45 %等)时则均未发现指针偏向铁电极的现象，说明 该浓度的硝酸已不能钝化铁

6、。按上述的实验方法，我们也还可以尝试简单地测定其他 一些金属与酸能发生钝化现象时的底限浓度。2. 2铝与等浓度的盐酸、naoh溶液反应时哪个更容易？ 我们知道，金属铝能与盐酸反应，也能与naoh溶液反应：2a1+6hc1=2a1c13+3h2 f、2al+2na0h+2h20=2naa102+3h2 t o那么，相同的铝片分别与 等物质的量浓度的盐酸、naoh溶液反应时哪个相对更容易 些？化学实验是最高法庭！我们设计了图2的实验装置进行 探究。实验2：室温(18. 6 °c)下，在甲、乙两个小烧杯中 分别盛放一定量1.0 mol l-1的盐酸和naoh溶液并用盐桥 沟通，将两片相同的

7、铝片(预先除去氧化膜)串联一灵敏电 流计后分别插入两种电解质溶液。可观察到电流计指针指向 烧杯甲，说明naoh溶液一端的铝片作负极。实验现象表明naoh溶液与铝反应的电动势明显高于等 浓度盐酸与铝反应的电动势。我们知道，铝与naoh(或盐酸) 反应的电动势随溶液中c (0h-)或c (h+)的增大而上升, 那么通过调整naoh溶液和盐酸的浓度是否可以使实验图2 装置中指针的反转呢？我们又配制了不同浓度的两者溶液， 继续重复实验2的探究。我们选用物质的量浓度为0. 50. 0. 10. 0.050、0.025、 0. 010、0. 0050 moll-1的naoh溶液分别与浓度为2. 0、 4.

8、0、6.0、8.0、10.0、12.0、14. 0 mol - l-1 的盐酸进行排 列组合后进行测试，共测试了 42对。实验结果表明，除naoh 溶液和盐酸浓度分别为0.010-12.0、0.010t4.0、0.00508.0、0.005010.0、0.0050-12.0、0.0050-14.0（mol - l-l）等六对外，其余36对实验中灵敏电流计指针 方向均偏向烧杯甲，即都以盐酸中铝电极为电池正极、naoh 溶液中的铝电极为负极。上述的实验结果同样表明，铝在碱性溶液中失电子的能 力比在酸性溶液中失电子能力要强的多。按图2的装置实验 探究时，在绝大部分情况下该原电池装置应为甲烧杯内的铝

9、片（浸在盐酸溶液中）为正极，乙烧杯中的铝片（浸在naoh 溶液中）为负极；除此以外，定量的实验结果也显示一般只 有当盐酸浓度大于10.0 mol l-1且naoh溶液浓度控制在 0. 010 mol l-1以内时灵敏电流计指针才有可能反转，即盐 酸浓度必须在naoh溶液浓度的千倍之上。可见，按图2装 置形成的原电池在一般条件下我们都可以认为是以浸泡在 naoh溶液中铝电极作原电池负极的！3教学反思（1）从上面两则实验中我们可以得到一些启示，只要 细心分析、巧妙设计、大力实践，实验探究是解决疑难问题 的一剂良方。（2）新课程的实施中新启用的化学教科书因限于教材 篇幅以及学生认知水平等因素，在描述某些化学知识时往往 有意点到即止不再拓展深究，难免让人会有模糊不明确的感 觉。这些内容一般不是考试的重点甚至压根儿就不是考点， 因此很多一线教师在教学处理时即使碰到有学生质疑时也 常采取或回避、或搪塞的处理方式。但若能以此作为学生知 识生长点引导学生积极探究，让学生在困惑中实践，在实践 中感悟，在感悟中提升，对培养学生探究意识、提高学生探 究水平是大有裨益的。参考文献：1 陆燕海，计丽.介绍一