电解水设计实验方案报告书(打印)

设计实验方案报告书开课学期2014至2015学年第2学期实验项目：电解水的实验研究学生姓名：余庆梅张怡周玲玲崔莹指导教师：杨国萍学号：12060143026120601430311206014303412060144001专业：化学教育专业班级：化本3班化本1班完成日期：2015年4月24日实验项目名称：电解水的实验研究实验计划学时数：4课时学分数：2所属课程：化学教育论课程性质：必修所属实验室：化学教学教法实验室起止时间：2015年5月20日一、文献综述进入21世纪后，能源短缺问题日益突出。石油和煤等矿物燃料总有一天会枯竭，而且污染非常严重。因此，探索和研究可以替化的新能源已成为当今世界科学技术领域的重要课题之一。人类自然想到氢，氢是一种储量极为丰富的元素，但游离态氢很少，只有从水中获得。在每个水分子中有两个氢原子，而且氢燃料无论燃烧前还是后对环境都无污染，而且燃烧值大，是人类最理想的新能源。水虽然是学生非常熟悉的物质，但怎样以化学的视角来认识水，学生是陌生的。以电解水的实验为载体，通过对水认知过程的分析，渗透了物质组成认识过程和方法的教育。电解水实验是初中化学教学中的一个非常重要的实验，该实验主要是验证水是由氢、氧两种元素组成的，不仅为探讨水的组成、水分子的构成提供了丰富的感性材料,而且有利于学生认识构成物质的微粒(原子、分子)之间的关系,有利于学生理解化学反应的实质和质量守恒定律。但在实际的操作过程中，由于各种条件因素的限制，得到的氢气与氧气的比例与理论值相差有点大。为了培养学生的探究精神，以及找到该实验的最佳反应条件，我们设计了这个实验，并且探究了影响这个实验的各种因素。影响该实验的因素有以下几个：电解质种类、电解液浓度、电极材料、电极距、外加电压。本实验从电极材料、电解液浓度和电压以及电极距进行分析，探索用简易装置在不同的条件下进行电解水实验时所产生的H2、O2对电解速度的影响。同时用正交试验法找到使氢、氧气体积比接近2：1的实验条件，找到最佳组合。实验的理论现象为：通电后，电极上出现气泡，一段时间后所收集到的氢、氧气体积比约为2：1。参考文献：[1]刘怀乐.中学化学教学实证与求索[M].重庆：西南师范大学出版社.2002：[2]华彤文,陈景祖等.普通化学原理（第三版）[M].北京：北京大学出版社.2005：[3]邹振惠.电解水实验的再探讨[J].化学教育2000年11期[4]石郦.初中新课程微型化学实验的设计研究[J].化学教育2010年07期[5]中学化学教师手册编委会.中学化学教师手册[M].北京：科学普及出版社.1981.二、实验目标（一）知识与技能1.了解电解水在初中化学中的作用；2.掌握用简易电解器演示电解水的方法。（二）过程与方法1.通过设计实验，培养设计能力和探究能力，学会知识的综合运用。2.通过查阅文献，提取有用信息，提高处理信息的能力。3.通过实验操作，提高实验技能及解决问题的能力。（三）情感态度与价值观1.通过实验操作，培养学生利用实验进行科学探究的精神。三、实验仪器与试剂1.实验仪器名称型号规格数量直流稳压电源1.5伏特1个电极（碳棒、铁丝、保险丝）正常规格9组刻度试管10ml18个烧杯1000ml1个导线4㎝，6㎝，8㎝3组胶塞1#18个酒精灯正常规格3个秒表正常规格3个2.实验试剂四、实验原理水在通电情况下会发生水解，氢离子向负极移动，氢离子得负极电子而变成氢气，名称规格数量蒸馏水分析纯500ml浓硫酸98％300ml故阴极产物为氢气，而氢氧根离子向正极移动，氢氧根在水的参与下失去电子而得到氢离子和氧气，故阳极产物为氧气。其体积比为2：1，以此可以确定水的组成成分。纯水导电能力不强，电解速度慢，因此为改善这个问题，加快电解速度，可加入适量电解质来增强水的导电能力，本实验采用硫酸作为电解液，对电解液浓度，电压和电极矩三个因素进行分析比较，以便好中选优。水在通电下总反应方程式为：2H2O电解2H2↑＋O2↑阴极：2H++2е-==H2↑阳极：4OH-_4е-==2H2O+O2↑五、实验内容(1)根据因素水平表，按正交表1L9(34)进行实验。(2)将饮料瓶剪成水槽状，按电极距要求打孔，装入电极，用蜡封好，检验是否密封完好。(3)分别配置质量分数为5%、10%、15%的硫酸溶液，装入广口瓶中备用。(4)按图1所示组装简易的电解水装置。(5)将直流稳压电源调节到所需电压，关闭。将正、负极与电极接好，打开开关并立刻计时，当负极收集的氢气为6ml时关闭开关，停止计时，读出正极收集的氧气的体积。电压E/V电解液浓度（硫酸)/%电极材料电极距/cmK1K2图1电解水简易装置图表1因素水平分析表K3k1k2k3R主次顺序优水平优组合因素试验号电压E/V硫酸浓度（%）（硫酸)/%电极材料电极距/cm100002011130222110122112031201120212210232210表1电解水实验正交表表2电解水实验正交表六、实验中可能存在的问题及解决方法1.可能存在的问题［问题1］NaOH溶液有腐蚀性，我们不能直接用于把集气管放入水槽中，那么，我们应该采用什么样的方法才能避免这个问题呢？[问题2]怎样把集气管从水槽中取出？2.解决的方法［解决问题1］我们可以用比试管口略大一点的纸片把试管口盖好，不要让管内留有气泡，用手托着纸片，然后把试管倒立过来，试管口向下，由于大气压力的作用，纸片不会掉下来，然后我们小心地把试管放入水槽中，这样，就避免了手接触到NaOH溶液。因素试验号电压E/V硫酸浓度（%）（硫酸)/%电极材料电极距/cm165铁钉42610碳棒63615保险丝84125碳棒851210保险丝461215铁钉67185保险丝681810铁钉891815碳棒4表3电解水实验方案表［解决问题2］我们可以事先准备一个和试管配套的塞子，在塞子上打孔，插上一根粗铁丝，当我们收集到一定量的气体后，我们就能用这个自制的工具把集气管口堵住，然后从水槽中取出，这样避免了手沾到NaOH溶液。七、起止时间、进程安排2015年5月5日查备资料及文献，填写预习实验报告。2015年5月7日全班讨论具体实验方案.2015年5月20日分组按照探讨出的实验方案进行实验2015年5月21日处理数据，填写实验报告