溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)再改進(jìn)

王寶權(quán)

摘要：對(duì)“溶液導(dǎo)電性”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了再改進(jìn)：使用微功耗的一串彩色小燈珠和自制探針電極以及井穴板組成微型化測(cè)定裝置，能進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)的安全性、敏銳度、趣味化、節(jié)約減排，便于分組實(shí)驗(yàn);配合電導(dǎo)率傳感器進(jìn)行數(shù)字化測(cè)定，通過數(shù)據(jù)支撐和曲線表征，提升學(xué)生宏觀探析和微觀辨識(shí)能力，使初高中化學(xué)相關(guān)概念的教學(xué)更科學(xué)化、直觀化、銜接化。

關(guān)鍵詞：溶液導(dǎo)電性;電導(dǎo)率測(cè)定;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）04-0090-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.020

一、改進(jìn)背景

該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)是由滬教版九年級(jí)化學(xué)教材下冊(cè)第六章第1節(jié)第8頁(yè)關(guān)于溶液導(dǎo)電性的探究實(shí)驗(yàn)引發(fā)的。實(shí)驗(yàn)如下：“在5個(gè)燒杯中分別加入一定量的水、食鹽溶液、蔗糖溶液、稀硫酸和稀氫氧化鈉溶液，分別按圖1所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)閉合開關(guān)時(shí)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。”[1]從按照教材裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)水和蔗糖溶液分別接入電路時(shí)燈泡不亮。但教材下面的闡述“水的導(dǎo)電性非常微弱，而在水中加入食鹽、硫酸和氫氧化鈉等物質(zhì)后形成溶液，導(dǎo)電性明顯增強(qiáng)”[2]，從中不難看出：水是能夠?qū)щ姷?，只不過“非常微弱”而已。怎樣能觀察到水的非常微弱的導(dǎo)電性呢？

二、實(shí)驗(yàn)綜述

從李思盛和張莉的研究發(fā)現(xiàn)利用二極管等可以測(cè)出蒸餾水的微弱的導(dǎo)電性[3]，但自制難度較大難以推廣。從張?jiān)蠋煹难芯堪l(fā)現(xiàn)利用Led小燈珠等微功耗的電子元件可以檢測(cè)出原電池產(chǎn)生的電流[4]，并增加學(xué)習(xí)的樂趣。湯晶等研究者從等物質(zhì)的量濃度的電解質(zhì)溶液進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步揭示溶液導(dǎo)電性與自由移動(dòng)離子的電荷濃度密切相關(guān)等實(shí)質(zhì)，但使用的是1mol·L-1的溶液[5]，忽視了氫氧化鈣是微溶于水的物質(zhì)，其飽和溶液的物質(zhì)的量濃度僅有0.05mol·L-1。另外實(shí)驗(yàn)中采用1mol·L-1的強(qiáng)電解質(zhì)溶液所測(cè)電導(dǎo)率值均已達(dá)到電導(dǎo)率的最大量程，無法比較它們導(dǎo)電性的差異性。

本文利用微功耗Led小燈珠和電導(dǎo)率傳感器同時(shí)測(cè)定蒸餾水和不同溶液的導(dǎo)電性，從實(shí)驗(yàn)的趣味性、效果明顯度、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度等方面，開展實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探索，獲得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更讓人信服。研制出演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)兩套教具。本文以物質(zhì)的量濃度為0.05mol·L-1的常見電解質(zhì)溶液（稀鹽酸、稀硫酸、氨水等）及蒸餾水和無水酒精等液體為介質(zhì)，結(jié)合測(cè)定的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)及觀察小燈珠亮度的實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，所用實(shí)驗(yàn)器材簡(jiǎn)單易做便于推廣，適用于初高中化學(xué)相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)。

三、改進(jìn)說明及裝置圖

（1）5個(gè)燒杯改成一個(gè)井穴板（含6穴）。

（2）1.5伏的燈泡改成一串五顏六色的微功耗小燈珠（圖2）。

（3）普通電極改成捆綁在一起的萬用表上的兩個(gè)探針。

（4）增加電導(dǎo)率傳感器進(jìn)行數(shù)字化精確測(cè)定。四、改進(jìn)裝置的制作

如圖3所示，利用兒童玩具廢棄的波波球（或網(wǎng)上購(gòu)買3元一個(gè)）拆掉上面的氣球部分，使用上面的電池盒及電鍵、電線和小燈珠部分，可用廢棄的萬用表上的兩個(gè)探針串聯(lián)接入波波球的小燈珠電路中，使用黑色的電工膠布把兩個(gè)探針的塑料柄部分捆綁固定好（以便于固定兩個(gè)電極之間的距離），如圖4所示，備用。

五、實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象

（1）準(zhǔn)備好無水酒精、蒸餾水、0.05mol·L-1的氨水、0.05mol·L-1鹽酸、0.05mol·L-1硫酸溶液五種液體，按照編號(hào)依次置于井穴板的5個(gè)井穴中。（2）連接好電導(dǎo)率傳感器，打開電腦上的Edislab pro軟件，校準(zhǔn)后備用。（3）打開電源上的開關(guān)用一根導(dǎo)線連接兩個(gè)探針，觀察小燈珠的亮度。

（4）取下導(dǎo)線，將探針伸入1號(hào)井穴的無水酒精中，發(fā)現(xiàn)小燈珠不亮。

（5）將電導(dǎo)率傳感器的鉑電極端完全浸沒在待測(cè)液中，點(diǎn)擊軟件上的“開始實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行數(shù)字化測(cè)定和曲線繪制，發(fā)現(xiàn)測(cè)得的電導(dǎo)率值為零。

（6）用餐巾紙擦凈探針和傳感器探頭上的液體，同時(shí)浸沒到2號(hào)井穴的蒸餾水中，觀察到小燈珠有極微弱的亮度、記錄數(shù)據(jù)并與1號(hào)無水酒精比較（如圖5）。

（7）按上所述方法，依次測(cè)定物質(zhì)的量濃度均為0.05mol·L-1的氨水、稀鹽酸和稀硫酸的導(dǎo)電性，可以觀察到小燈珠的亮度依次增強(qiáng)，且電導(dǎo)率數(shù)據(jù)如圖6。

六、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）初中化學(xué)教學(xué)使用本教具可以測(cè)出蒸餾水的微弱導(dǎo)電性（一般的燈泡無法顯示），使初中化學(xué)滬教版教材中“水的導(dǎo)電性非常微弱”得以驗(yàn)證。

（2）高中化學(xué)使用本教具可以通過蒸餾水和無水酒精的導(dǎo)電性對(duì)比，得出蒸餾水是電解質(zhì)而酒精是非電解質(zhì)的結(jié)論，幫助學(xué)生建立電解質(zhì)和非電解質(zhì)概念。（3）高中化學(xué)使用本教具可以通過等物質(zhì)的量濃

度（0.05mol·L-1）的稀鹽酸和氨水溶液的對(duì)比，幫助學(xué)生建立強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)的概念。

（4）高中化學(xué)使用本教具可以通過等物質(zhì)的量濃度（0.05mol·L-1）的稀硫酸和稀鹽酸的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生建立“溶液的導(dǎo)電性強(qiáng)弱取決于溶液中電荷濃度的大小”觀念。

（5）小燈泡由一只普通燈泡改為五顏六色的Led小燈珠，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性，還能檢測(cè)出蒸餾水的微弱導(dǎo)電性。

（6）用電導(dǎo)率傳感器現(xiàn)場(chǎng)記錄，能通過數(shù)據(jù)圖像直觀地看到不同溶液導(dǎo)電性的數(shù)據(jù)及圖線差異。

（7）用電導(dǎo)率傳感器和Led小燈珠兩種方式同時(shí)測(cè)定，把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，同時(shí)顯現(xiàn)，便于理解知識(shí)概念，提升學(xué)生宏觀辨識(shí)和微觀探析能力。

（8）使用本改進(jìn)裝置可以大幅減少液體藥品的用量和節(jié)能減排，便于開展分組實(shí)驗(yàn)和推廣。

參考文獻(xiàn)

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[3]李思盛，張莉.初中化學(xué)導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)的思考與創(chuàng)新[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2020（4）：42-43.

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[5]湯晶，倪剛，吳曉紅.電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2017（5）：73-75.