化學教室活動：利用化學平板探索電解 – I

化學教室活動：利用化學平板探索電解 (Exploring Electrolysis using ChemPad)〔I〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

學生講義 (Student Handout)

影音連結：化學教室活動：利用化學平板探索電解

實驗介紹

在此教室活動中，你將使用老師事先製作完成的化學平板（ChemPad），進行有趣的電解實驗。化學平板包含一個電解平板及兩支電解筆（不鏽鋼線和銅線）。電解平板的設計，外觀是一個相框，材質是木製或不銹鋼，底面是一塊金屬板（不鏽鋼和鋁板），上面鋪上一張濕潤的水彩紙（或不織布），一個電池及電流切換開關嵌入相框的背面。利用化學平板，及不同材質的電解筆，於水彩紙（或不織布）上，噴上電解液和酸鹼指示劑，即可在課堂上進行一系列的氧化還原反應、酸鹼中和及錯合反應等典型的化學實驗。化學平板可多次重複使用、藥品減量達95%以上，符合綠色環保的原則。兩款不同材質的化學平板的示意圖，如圖一所示。本活動你將使用不銹鋼製作的化學平板進行電解實驗，圖二為利用不銹鋼盤製作化學平板的背面組裝零件。

圖一 不銹鋼製化學平板（上）和木製化學平板（下）的示意圖

藥品與器材

1. 化學平板（ChemPad）  1台／組
2. 酚酞指示劑（Phenolphthain indicator）  100 mL／班
3. 廣用指示劑（Universal indicator）  100 mL／班
4. 水彩紙（或不織布厚度小於2 mm，與平板合適大小）  1張／組
5. 0.5 M硫酸鈉水溶液（Sodium sulfate, NaSO₄, solution）  500 mL／班
6. 0.5 M碘化鉀水溶液（Potassium iodide, KI, solution）  500 mL／班
7. 0.1 M黃血鹽水溶液（Potassium ferrocyanide, K₄Fe(CN)_6, solution）  500 mL／班
8. 0.1 M柳酸水溶液（Salicylic acid, C₆H₄(OH)(COOH), solution）  500 mL／班
9. 噴霧罐（容量50 mL）  4個／組
10. 1% 維他命C（ascorbic acid）水溶液  100 mL／班
11. 原子章  1個／組

實驗步驟

1. 以50 mL的噴霧罐分別盛裝四種溶液（0.5 M硫酸鈉水溶液、0.5 M碘化鉀水溶液、0.1 M黃血鹽水溶液、0.1 M柳酸水溶液），備用。
2. 先取一張適當大小的水彩紙，平鋪在化學平板內側，再以硫酸鈉水溶液噴在水彩紙上，保持濕潤狀態即可。然後噴上少量的廣用指示劑，電解筆的材質使用不銹鋼鐵線。在未寫字或畫圖之前，切換開關的搖桿保持在中間位置（off）。
3. 開始之時，切換開關的搖桿先往左邊切，然後以電解筆在紙面上寫字或畫圖；接著搖桿切換切至右邊，同樣地以電解筆，在紙面上空白處書寫或畫圖，仔細觀察水彩紙的顏色有何變化？請嘗試由廣用指示劑的顏色變化，推測搖桿的左右兩端哪一端是正極？哪一端是負極？哪一端發生氧化反應？哪一端發生還原反應？並藉此觀察結果，寫出陰極和陽極的反應式。
4. 承步驟2，噴上的廣用指示劑改為酚酞指示劑，切換搖桿於左右兩端，觀察酚酞指示劑的顏色變化。
5. 承步驟4，噴上指示劑後，再噴入0.5 M碘化鉀水溶液，然後以銅製電解筆，在濕潤的水彩紙上寫字或畫圖。切換開關的搖桿往左右兩邊切換時，觀察書寫的前後水彩紙的顏色變化；並藉由此觀察結果，以反應式說明陰極和陽極發生的變化。
6. 承步驟5，用事先填入維他命C水溶液的原子章，來回擦拭上述的字跡或畫圖，觀察顏色的變化；並藉由觀察結果，以反應式說明其變化。
7. 承步驟5，電解筆的材質由銅線取代不銹鋼鐵線，在事先以硫酸鈉水溶液浸濕的水彩紙上，噴上酚酞指示劑和0.1 M黃血鹽溶液。切換開關的搖桿往左右兩邊切換時，觀察水彩紙的顏色變化；並藉由此觀察結果，以反應式說明陰極和陽極發生的變化。
8. 承步驟7，噴上的黃血鹽溶液改成柳酸溶液。切換開關的搖桿往左右兩邊切換時，觀察水彩紙的顏色變化；並藉由此觀察結果，以反應式說明陰極和陽極發生的變化。

安全注意事項

• 酚酞指示劑以酒精當溶劑配製而成，使用噴霧罐噴灑時，宜在通風處進行，並嚴禁火苗，以策安全。做完實驗後，雙手以清潔劑清洗乾淨。

廢棄物處理

• 電解後的水彩紙可水洗後，丟棄於垃圾桶。

實驗結果

• 請填入你的觀察結果於下方表格內，並推測切換開關兩端的反應式。

問題和討論

1. 在步驟3中，電解筆的材質使用不銹鋼鐵線，電解液使用硫酸鈉水溶液，噴上廣用指示劑。電解時，哪一極發生氧化反應？哪一極發生還原反應？兩極的反應式為何？全反應的平衡反應式為何？
2. 在步驟4中，電解筆的材質使用不銹鋼鐵線，電解液使用硫酸鈉水溶液，噴上酚酞指示劑。電解時哪一極發生氧化反應？哪一極發生還原反應？兩極的反應式為何？全反應的平衡反應式為何？
3. 在步驟5中，電解筆的材質使用不銹鋼鐵線，電解液使用碘化鉀水溶液，噴上酚酞指示劑。電解時哪一極發生氧化反應？哪一極發生還原反應？兩極的反應式為何？全反應的平衡反應式為何？
4. 在步驟6中，使用含維他命C水溶液的原子章，擦拭字跡或圖畫，其反應式為何？
5. 在步驟7中，電解筆的材質使用銅線，電解液使用硫酸鈉水溶液，噴上酚酞指示劑和黃血鹽溶液。電解時哪一極發生氧化反應？哪一極發生還原反應？兩極的反應式為何？全反應的平衡反應式為何？
6. 在步驟8中，電解筆的材質使用銅線，電解液使用硫酸鈉水溶液，噴上酚酞指示劑和柳酸溶液。電解時哪一極發生氧化反應？哪一極發生還原反應？兩極的反應式為何？全反應的平衡反應式為何？

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