溶液导电性实验再改进

王宝权

摘要：对“溶液导电性”实验进行了再改进：使用微功耗的一串彩色小灯珠和自制探针电极以及井穴板组成微型化测定装置，能进一步提高实验的安全性、敏锐度、趣味化、节约减排，便于分组实验;配合电导率传感器进行数字化测定，通过数据支撑和曲线表征，提升学生宏观探析和微观辨识能力，使初高中化学相关概念的教学更科学化、直观化、衔接化。

关键词：溶液导电性;电导率测定;实验改进

文章编号：1008-0546（2022）04-0090-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.020

一、改进背景

该实验改进是由沪教版九年级化学教材下册第六章第1节第8页关于溶液导电性的探究实验引发的。实验如下：“在5个烧杯中分别加入一定量的水、食盐溶液、蔗糖溶液、稀硫酸和稀氢氧化钠溶液，分别按图1所示装置进行实验。当闭合开关时，观察实验现象。”[1]从按照教材装置进行实验可以发现：当水和蔗糖溶液分别接入电路时灯泡不亮。但教材下面的阐述“水的导电性非常微弱，而在水中加入食盐、硫酸和氢氧化钠等物质后形成溶液，导电性明显增强”[2]，从中不难看出：水是能够导电的，只不过“非常微弱”而已。怎样能观察到水的非常微弱的导电性呢？

二、实验综述

从李思盛和张莉的研究发现利用二极管等可以测出蒸馏水的微弱的导电性[3]，但自制难度较大难以推广。从张援老师的研究发现利用Led小灯珠等微功耗的电子元件可以检测出原电池产生的电流[4]，并增加学习的乐趣。汤晶等研究者从等物质的量浓度的电解质溶液进行对照实验，进一步揭示溶液导电性与自由移动离子的电荷浓度密切相关等实质，但使用的是1mol·L-1的溶液[5]，忽视了氢氧化钙是微溶于水的物质，其饱和溶液的物质的量浓度仅有0.05mol·L-1。另外实验中采用1mol·L-1的强电解质溶液所测电导率值均已达到电导率的最大量程，无法比较它们导电性的差异性。

本文利用微功耗Led小灯珠和电导率传感器同时测定蒸馏水和不同溶液的导电性，从实验的趣味性、效果明显度、实验数据的精准度等方面，开展实验改进探索，获得较好的实验结果，使实验结论更让人信服。研制出演示實验和分组实验两套教具。本文以物质的量浓度为0.05mol·L-1的常见电解质溶液（稀盐酸、稀硫酸、氨水等）及蒸馏水和无水酒精等液体为介质，结合测定的电导率数据及观察小灯珠亮度的实验手段进行实验改进，所用实验器材简单易做便于推广，适用于初高中化学相关内容的教学。

三、改进说明及装置图

（1）5个烧杯改成一个井穴板（含6穴）。

（2）1.5伏的灯泡改成一串五颜六色的微功耗小灯珠（图2）。

（3）普通电极改成捆绑在一起的万用表上的两个探针。

（4）增加电导率传感器进行数字化精确测定。四、改进装置的制作

如图3所示，利用儿童玩具废弃的波波球（或网上购买3元一个）拆掉上面的气球部分，使用上面的电池盒及电键、电线和小灯珠部分，可用废弃的万用表上的两个探针串联接入波波球的小灯珠电路中，使用黑色的电工胶布把两个探针的塑料柄部分捆绑固定好（以便于固定两个电极之间的距离），如图4所示，备用。

五、实验操作及现象

（1）准备好无水酒精、蒸馏水、0.05mol·L-1的氨水、0.05mol·L-1盐酸、0.05mol·L-1硫酸溶液五种液体，按照编号依次置于井穴板的5个井穴中。（2）连接好电导率传感器，打开电脑上的Edislab pro软件，校准后备用。（3）打开电源上的开关用一根导线连接两个探针，观察小灯珠的亮度。

（4）取下导线，将探针伸入1号井穴的无水酒精中，发现小灯珠不亮。

（5）将电导率传感器的铂电极端完全浸没在待测液中，点击软件上的“开始实验”进行数字化测定和曲线绘制，发现测得的电导率值为零。

（6）用餐巾纸擦净探针和传感器探头上的液体，同时浸没到2号井穴的蒸馏水中，观察到小灯珠有极微弱的亮度、记录数据并与1号无水酒精比较（如图5）。

（7）按上所述方法，依次测定物质的量浓度均为0.05mol·L-1的氨水、稀盐酸和稀硫酸的导电性，可以观察到小灯珠的亮度依次增强，且电导率数据如图6。

六、实验改进后的优点

（1）初中化学教学使用本教具可以测出蒸馏水的微弱导电性（一般的灯泡无法显示），使初中化学沪教版教材中“水的导电性非常微弱”得以验证。

（2）高中化学使用本教具可以通过蒸馏水和无水酒精的导电性对比，得出蒸馏水是电解质而酒精是非电解质的结论，帮助学生建立电解质和非电解质概念。（3）高中化学使用本教具可以通过等物质的量浓

度（0.05mol·L-1）的稀盐酸和氨水溶液的对比，帮助学生建立强电解质和弱电解质的概念。

（4）高中化学使用本教具可以通过等物质的量浓度（0.05mol·L-1）的稀硫酸和稀盐酸的对比实验，帮助学生建立“溶液的导电性强弱取决于溶液中电荷浓度的大小”观念。

（5）小灯泡由一只普通灯泡改为五颜六色的Led小灯珠，增强了实验的趣味性，还能检测出蒸馏水的微弱导电性。

（6）用电导率传感器现场记录，能通过数据图像直观地看到不同溶液导电性的数据及图线差异。

（7）用电导率传感器和Led小灯珠两种方式同时测定，把实验现象和实验数据有机结合，同时显现，便于理解知识概念，提升学生宏观辨识和微观探析能力。

（8）使用本改进装置可以大幅减少液体药品的用量和节能减排，便于开展分组实验和推广。

参考文献

[1]王祖浩.义务教育课程标准实验教科书化学（九年级下册）[M].上海：上海教育出版，2016：7-8.

[2]王祖浩.义务教育课程标准实验教科书化学（九年级下册）[M].上海：上海教育出版，2016：7-8.

[3]李思盛，张莉.初中化学导电性实验的思考与创新[J].中国现代教育装备，2020（4）：42-43.

[4]张援.微功耗器件让简单原电池实验灵动起来[J].化学教学，2016（2）：63-66.

[5]汤晶，倪刚，吴晓红.电解质溶液导电性实验的改进[J].化学教学，2017（5）：73-75.