實驗四、無色陽離子在電場中的運動①無色酚酞陽離子在電場中的運動取酸化後的無色酚酞試液在電極中間和電極平行地畫一條線,接通電源,2分鍾後就可以在陰極區看到鮮紅色,證明無色酚酞陽離子在電場中向陰極運動。顯紅色這是由於在陰極上產生電解,氫離子濃度降低,氫氧根離子濃度增大,它和酚酞作用所致。
②無色氫離子在電場中的運動取甲基紅指示劑(橙色)在電極中間的濾紙上和電極平行地劃一條線,指示劑顯黃色。接通電源,3分鍾後就可以看到甲基紅靠近陽極的一邊顯紅色,證明無色的氫離子從陽極向陰極運動,在運動的過程中遇到甲基紅指示劑並和其作用而顯紅色。
實驗五、無色陰離子在電場中的運動取廣範pH值試紙(黃色)1條,平行地貼在靠近陰極附近(距離陰極為15,距離陽極為45)的濾紙上,並使其濕潤,接通電源,2分鍾後就可以看到靠近陰極的pH值試紙的一邊首先變綠,然後逐漸加深,直至深藍色。可以證明氫氧根離子從陰極向陽極運動,遇到pH值試紙並和其作用,使其從黃色變為藍色。
實驗六、無色陰、陽離子在電場中的雙向運動取黃色pH值試紙和電極平行地貼於距離陰極13、距離陽極23處,並使其濕潤,接通電源,3分鍾後就可以看到靠近陰極的廣範pH值試紙的一邊變為藍綠色,靠近陽極的一邊變為紅色,證明氫氧根離子由陰極向陽極運動,氫離子由陽極向陰極運動,它們在運動的過程中遇到廣範pH值試紙,雙雙使其變色,形成美麗的彩條,並可以證明氫離子的運動速度大約是氫氧根離子速度的2倍。如果把pH值試紙和電極垂直地貼於濾紙上,能更好地證明氫離子的運動速度大約是氫氧根離子速度的2倍。
實驗小結:在濾紙上做離子在電場中的運動實驗比用玻璃管做有如下的優點:1所需電壓低,用幹電池可代替穩壓電源,可以解決缺少穩壓電源的問題。由於所用電壓低,電流小,且安全可靠。2運動速度快,現象明顯、直觀,實驗結果可以做成卡片。3所需溶液少,簡便易行,符合節約的原則。4也適合於學生實驗。
碘化鈉電離的演示實驗
在講解電解質的電離時、初學者往往容易造成一種誤解:認為電解質的電離是通電以後才發生的。為了給學生樹立正確的觀點,費了不少嘴舌,其結果是部份學生仍然出錯。能不能設計一套裝置,用實驗加以證明,電解質的電離並不是通電以後才發生的,而是電解質溶於水(或在熔融狀態)時就已經發生。重慶二十中學化學組彭國勝、重慶市中區教師進修學校堯正文老師采用了下列實驗裝置,利用飽和的NaI溶液實驗收到一定的效果,現簡介如下:
實驗方法和步驟:
製作一硬質塑料或木質的圓盤,直徑45cm,通過圓心畫一直角坐標,沿坐標軸x、y的正負方向對稱地固定四支玻管,內盛NaI飽和溶液,玻管長20cm,口徑1.5cm,管口的兩端用帶銅電極的橡皮塞封口,再用石蠟封死。將靠近圓心處的四極用短導線引出,同時接在圓心的銅帽上。遠離圓心處的四極也用短導線引出,接在圓盤的銅邊上,形成一個並聯電路。
圓盤正麵團將整個圓盤固定在一電動攪拌器的軸上(轉速為4000轉/分)。用兩個石墨電極分別接在一微安表上(規格0“300uA)、當圓盤靜止時,將兩石墨電極分別觸銅帽和圓盤邊的銅片上,這時微安表(靈敏電流計)上的指針在零處,表示沒有電流通過;但當圓盤在攪拌器的馬達帶動下快速旋轉時,微安表的指針立即發生偏轉,可高達200/~A以上,表示有電流通過。當圓盤停止轉動時,電流也即消失。
說明屬於離子型晶體的碘化鈉溶於水時,在極性水分子的作用下,鈉離子和碘離子分別離開固體的表麵而進入到溶液中去,這個過程叫做電解質的電離。(請注意,並未通電!)當圓盤靜止時,Na+和I一在溶液中混合存在,兩極間不存在電位差,所以微安表的指針不動。可是當圓盤快盤快速轉動時,由於I一質量大(127),所受的離心力也大,而Na的質量小(23),所受的離心力也相應的小,因此,圓盤旋轉後造成的結果是:質量大的帶負電荷的碘離子聚集在玻管的外端;質量小的,帶正電荷的鈉離子則比較靠近玻管的裏端,這樣,兩個電極之間,就產生了電位差,當其兩極和微安表接通時,指針必然偏轉。
這個實驗清楚地說明,在水溶液中,離子本來已經存在,利用Na和I一所受離心力的差別,將它們相對集中,形成一電勢差,在微安表中有電流通過,這就是證明。
討論①為了加強實驗效果,可先在四支玻管中裝上蒸餾水,當圓盤快速轉動時,微安表上指針仍為0。這說明水係極弱電解質。這時還可將玻管換成銅線,圓盤轉動,微安表上指針仍為0,說明無摩擦電流通過。
②圓盤越大,轉速越快,效果越理想,但從製作材料及操作安全上看也更困難。圓盤在直徑450mm時適宜,轉速也不宜太快。我們采用變速裝置的電動離心攪拌器(200。4000轉/分)用的第四檔。
③圓盤旋轉後,從銅帽和銅邊引出的兩極,在用手拿的地方要注意絕緣。(可用電工膠布纏在手拿的地方。)以免將自己並聯在電路中去,產生分電流而影響效果。
④此實驗用手拿兩石墨電極接觸銅帽和銅片,在操作上不太方便,還有待改進。建議在加工條件較好的單位,可設法將兩極直接導出接在微安表上。