任有良+石啟英+張本璽

摘要：巧妙地利用延伸切割法將廢棄的普通白熾電燈泡底部割去一個(gè)直徑大約4cm的圓孔，后稍加處理即制成了一只大肚球狀電解槽；再配以小試管為集氣管即成為一種簡(jiǎn)易水電解裝置。該水電解裝置裝配簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；形體美觀，成本低廉；且電解速度極快，在8～12V電壓下，用5% NaOH溶液做電解液進(jìn)行電解，收集到20mL氫氣，僅需2～4分鐘。

關(guān)鍵詞：白熾電燈泡；電解槽；水電解裝置

文章編號(hào)：1005–6629（2015）6–0062–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

電解水的實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)課本中一個(gè)重要的啟蒙實(shí)驗(yàn)。做好該實(shí)驗(yàn)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)興趣，形成正確的分子、原子等概念，并主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)探究至關(guān)重要。而實(shí)驗(yàn)室電解水的常用裝置是“霍夫曼電解器”，用它電解水所得的氫氣和氧氣的體積比為2：1，用以證明水的組成是較理想的。但在使用中發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)很多[1～2]且無(wú)法完成新教材[3]中的氫氣純度的檢驗(yàn)試驗(yàn)。筆者利用日常生活中廢棄的白熾電燈泡制作的簡(jiǎn)易水電解裝置則可克服上述不足?，F(xiàn)介紹其裝配及使用方法。

1 裝配

1.1 材料用品

廢棄的普通白熾電燈泡（其容量不小于 120mL，常用的40W左右燈泡即可）一只、兩根長(zhǎng)約30cm的普通導(dǎo)線（其中一根為紅色，另一根顏色不限）、兩支小號(hào)試管（15mm×150mm）、小膠塞一個(gè)、直徑為1mm的細(xì)鐵絲一根（長(zhǎng)約20cm）、焊錫及電烙鐵等。

1.2 制作泡體電解槽

（1）制造裂紋：取一只廢棄的普通白熾電燈泡，將底部放在酒精燈火焰上燒熱后，用蘸有冷水的細(xì)鐵絲端頭觸及底部的正中央，即可在觸點(diǎn)為中心、直徑約1cm的區(qū)域產(chǎn)生許多裂紋。

（2）畫切割線：待燈泡底部冷卻后，將其頭部插入一廣口瓶中豎直放置。然后將25mL的小坩堝（其口徑約4cm）扣在底部的正中央，用鋼筆或特種鉛筆筆尖沿著口沿旋轉(zhuǎn)畫一圈，即得到一個(gè)圓形切割線。

（3）切割去底：選擇離切割線較近的一個(gè)裂紋（即最突出的一個(gè)裂紋），用延伸切割的方法，即將燒熱的玻璃棒頭或電烙鐵頭[4]觸及裂紋的前端，使裂紋延伸至切割線上，并繞切割線旋轉(zhuǎn)一周。然后用尖銳的器具輕輕敲打泡底（切割線內(nèi)的區(qū)域），即可敲掉泡底。

（4）打磨、修理：用鑷子或尖嘴鉗將泡體內(nèi)傘狀的燒斷的細(xì)鎢絲及支撐鎢絲的細(xì)金屬絲夾掉，再將電導(dǎo)絲夾端正，并折成適當(dāng)間距的“U”字形。然后用120#砂紙將切割后的泡體口沿輕輕打磨光滑。

（5）固定導(dǎo)線：用焊錫將兩根長(zhǎng)約30cm的導(dǎo)線分別固定于燈泡尖端的兩個(gè)觸點(diǎn)（處）上；或直接將導(dǎo)線接到事先配套的燈頭的接線柱上（使用時(shí)，將燈頭安裝到燈泡上即可。這樣更便于保管）。

至此，即制成了一個(gè)完整的泡體電解槽，如圖1所示。

1.3 制作帶柄膠塞

按15mm×150mm試管管口的大小，配一個(gè)小膠塞，將一根細(xì)鐵絲（φ1mm）插入其中，然后彎成鉤型狀，如圖2所示。帶柄膠塞是該水電解器的一個(gè)重要輔助工具，為方便收集氣體的試管放入或取出電解槽之用。

2 使用方法及步驟

（1）將泡體電解槽豎直地置于一只無(wú)色透明的廣口瓶上。

（2）向泡體中注入約100mL 5% NaOH溶液。

（3）將電解槽的紅導(dǎo)線接到低壓學(xué)生電源的直流輸出端的紅色接線柱上，另一根導(dǎo)線接到其黑色接線柱上。

（4）打開(kāi)學(xué)生電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電壓在6～8V，即可看到電解槽內(nèi)的兩根電極上有大量的氣泡冒出。約3～5分鐘，關(guān)閉電源。

（5）用一支干凈的廢塑料注射器（規(guī)格為20mL），從電解槽內(nèi)抽滿電解液后，小心注入到一支15mm×150mm的試管中（試管夾需夾持在試管的中間部位）。待注滿后將帶柄的小膠塞輕輕放入試管口中。然后慢慢地倒置試管（注意用手扶持住膠塞手柄）于電解槽中液面下，小心取下膠塞，將試管扣在一電極上。采用同樣辦法，將另一支試管裝滿電解液后扣在另一電極上。

（6）重新打開(kāi)電源，調(diào)節(jié)電壓8～12V，即可看到兩只試管中有大量氣體生成，其中一支試管中氣柱始終大約是另一支試管中氣柱的兩倍，如圖3所示。待氣體多的那支試管剛收滿氣體后關(guān)閉電源。

（7）用試管夾和帶柄膠塞取出收滿氣體的那支試管。移近酒精燈焰，拔下膠塞，可聽(tīng)到輕微的爆鳴聲，斷定是氫氣。取出另外有半管氣的那支試管，將帶火星的細(xì)木條插入試管中，可看到木條燃燒起來(lái)，斷定是氧氣。

若重復(fù)實(shí)驗(yàn)，從步驟（5）開(kāi)始即可。

3 說(shuō)明

（1）該電解器的電極是鍍鎳的鐵絲，因此只能使用NaOH或KOH的溶液作為電解液[5，6]。因?yàn)樵诖藯l件下進(jìn)行電解，電極的陽(yáng)極表面能形成難溶的保護(hù)膜。不僅保護(hù)了電極，提高了電極的使用壽命，而且消除了氧氣在電極上的消耗，從而確保了氫、氧體積比為2：1結(jié)論的準(zhǔn)確性。

（2）電解剛開(kāi)始的幾分鐘內(nèi)不收集氣體，是為了讓氧氣和氫氣在電解液中充分溶解[7，8]，以消除兩種氣體在收集過(guò)程中因在溶液中溶解度不同而帶來(lái)的偏差；另一方面使電極上吸附的氣體飽和。為了節(jié)省課堂時(shí)間，這一步可在當(dāng)節(jié)課的課前完成。

（3）電極要固定使用。連接紅導(dǎo)線的電極為陽(yáng)極，要永遠(yuǎn)作為陽(yáng)極使用。要求使用者務(wù)必將其與學(xué)生電源的正極（即紅色接線柱）相接。

（4）若將收集的氫氣通過(guò)一次性頭皮針?biāo)芰霞?xì)管，在一只盛水的玻璃水槽（或大燒杯）中轉(zhuǎn)入到注射器中，再通過(guò)針頭點(diǎn)燃，就可看到氫氣燃燒的火焰。其實(shí)驗(yàn)效果更佳。

（5）電燈泡內(nèi)有的玻璃芯柱端頭過(guò)大而使試管難以扣在電極上，可用尖嘴鉗子小心將其端頭夾破、夾掉即可。

（6）若電極根部距扣住的試管口壁較近，可事先在電極的根部長(zhǎng)約0.5～1cm一小段上用溶化的石蠟點(diǎn)封（若長(zhǎng)期使用，最好用溶解在丙酮中的有機(jī)玻璃或賽璐珞點(diǎn)封），以防止電解過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡逃逸。

（7）當(dāng)試管注滿電解液用帶柄膠塞封口時(shí)，不要用力塞，即輕輕將塞子放入即可（有大氣的壓力作用，倒置時(shí)不需擔(dān)心它會(huì)滑脫），這樣進(jìn)槽后取下時(shí)就非常省力。

（8）若用大功率的廢紅外線燈泡，采用同樣方法，制成的水電解槽，其容積可達(dá)到800mL（如圖1-b所示），將會(huì)有更大的用途。

4 評(píng)價(jià)

（1）該水電解器的主要部件——泡體電解槽是完全利用廢棄的燈泡制作的，它不僅來(lái)源廣泛、易得，而且變廢為寶，對(duì)充分利用資源，保護(hù)環(huán)境，降低實(shí)驗(yàn)成本大有裨益。

（2）裝置精巧、美觀，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)很有幫助。若讓學(xué)生嘗試制作，可培養(yǎng)他們動(dòng)手、探究及發(fā)明創(chuàng)造能力。

（3）制作簡(jiǎn)單，操作方便。電解時(shí)可借助廣口試劑瓶或集氣瓶直接擺放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)或講臺(tái)上，不必使用鐵架臺(tái)；另外，集氣的小試管也不需再固定。

（4）與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)用的J2606水電解器相比，它不僅價(jià)錢低廉，而且電解速度快，實(shí)驗(yàn)效果明顯。在8～12V電壓下，用5% NaOH溶液做電解液進(jìn)行電解，若要收集20mL氫氣，僅需要2～4分鐘，是同等條件下J2606水電解器所用時(shí)間的六分之一到五分之一。另外，它的兩個(gè)電極可適當(dāng)調(diào)近或調(diào)遠(yuǎn)，這給實(shí)驗(yàn)教學(xué)，特別是高師化學(xué)教學(xué)論實(shí)驗(yàn)的探究教學(xué)活動(dòng)，帶來(lái)了極大的方便。

總之，該水電解裝置無(wú)論在裝配、操作、實(shí)驗(yàn)成本及教學(xué)功能上都不失為一種理想的實(shí)驗(yàn)教具。

參考文獻(xiàn)：

[1]任有良，張國(guó)春，陳助國(guó).一種簡(jiǎn)易水電解器[J].化學(xué)教學(xué)，2014，（6）：45～47.

[2]韓斌.對(duì)通電分解水簡(jiǎn)易裝置的改進(jìn)[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2011，（3）：25.

[3]課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）（第2版）[M].北京：人民教育出版社，2006：47.

[4]任有良，張國(guó)春，金振國(guó)等.廢真空集熱管在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].化學(xué)教育，2008，（6）：61～63.

[5]西南師范學(xué)院化學(xué)系.中學(xué)化學(xué)教學(xué)法實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社，1997：17.

[6]課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）·教師教學(xué)用書（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007：80～81.

[7]石啟英.電解水實(shí)驗(yàn)的探討[J].商洛師范?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004，18（3）：114～116.

[8]朱莉，蘇同福，周斌等.提高水電解實(shí)驗(yàn)效果的方法[J].河南農(nóng)業(yè)，2008，（10）：57.