水和饱和食盐水的电解

水 饱和氯化钠溶液的电解 孟娟 2012 级化学 3 班 14 组 一 实验目的 1 掌握演示电解水和电解饱和食盐水实验操作技能 2 初步掌握这两个实验的讲解方法 3 探索 设计电解水器的代用装置 二 实验原理 1 H2O 的电解 阴极反应 4H 4e 2H2 阳极反应 4OH 4e 2H2O O2 总反应 2H2O 通电 2H2 O2 电解水时 加入的电解质并不参与电极反应 主要是为了增加导电性 浓 度过低 达不到效果 以 5 H2SO4或 5 NaOH 为宜 2 饱和 NaCl 溶液的电解 阴极反应 2H 2e H2 阳极反应 2Cl 2e Cl2 总反应 2NaCl 2H2O 通电 H2 Cl2 2NaOH 3 反接 不换液 阴极 C 2H 2e H2 阳极 Fe Fe 2e Fe2 Fe OH 2 Fe OH 3 总反应 Fe 2H2O 通电 H2 Fe OH 2 4 直接反接 更换 NaCl 溶液 阴极 C 2H 2e H2 阳极 Fe Fe 2e Fe2 总反应 Fe 2H 通电 H2 Fe2 三 主要仪器 材料与药品 霍夫曼电解水器 直流低压电源 具支 U 形管 带刻度试管 石墨电极 铁电极 导线 固体 NaOH 酚酞试液 淀粉 KI 试纸 饱和 NaCl 溶液 四 实验内容 1 水的电解 1 使用霍夫曼电解水器电解水 使用前 先用水检验霍夫曼电解水器 图一 的气密性 方法是将上部的 两个旋钮关闭 塞紧下面的塞子 从贮液器加入水 到一定高度时 在贮液器 液面处做一标记 数分钟后看液面是否下降 若不下降则说明气密性良好 否 则需要给旋钮涂抹凡士林 并检查塞子是否塞好 配制 5 的 NaOH 溶液 冷却至室温后 由贮液器加入 5 的 NaOH 溶液到 刻度管的最高刻度处 赶尽气泡后关闭旋钮 连接导线与低压直流电源 接通 电源 调解电压为 20V 时 可看到刻度管内有大量的气泡放出 电解大约有 1 2cm 气柱时停止电解 静置一会使管内的气泡全部上升后 将气体放出 再次接通电源开始电解 约 10min 可以看到阴极产生的气体的体积为阳极 的 2 倍 2 检验电解出来的气体 打开阴极旋钮 调节速度使液面缓慢上升 将产生的气体通入事先准备好 的肥皂水中 点燃 出现爆鸣声 说明阴极生成的是 H2 打开阳极旋钮 调节速度使液面缓慢上升 将产生的气体收集到试管中 将带火星的木条放在阳极 发现木条复燃 说明阳极生成的是 O2 2 饱和 NaCl 溶液的电解 如图二所示 向具支 U 形管中滴加饱和 NaCl 溶液至支管以下约 2cm 处 并从两管口各滴加 2 滴酚酞试液 装上铁阴极和石墨阳极 铁电极和石墨电极 使用时 要想进行预处理 用砂纸打磨铁电极 除去铁锈 用硫酸浸泡铁电极 和石墨电极 接通低压直流电源 6 12V 可以看到电极附近有大量气泡产 生 在阴极区 溶液变红 说明阴极区溶液呈碱性 在阳极区上方 用润湿的 KI 淀粉试纸试之 变蓝 后褪色 说明在阳极区有 Cl2生成 图一 霍夫曼电解水器 3 反接阴极和阳极 不换溶液在上述实验的基础上 发现在铁电极的一侧出现白色絮状沉淀 并且沉淀向下移动 在具支 U 型管底部慢慢变为灰绿色 最后变为红褐色沉淀 这是因为 Fe OH 2在向 Fe OH 3转变 溶液中的氧化性物质渐渐将 Fe OH 2氧化为 Fe OH 3 石墨电极 一侧有气泡产生 通入到事先准备好的肥皂水中 点燃 发现有爆鸣声 证明 有 H2产生 4 直接反接 铁电极做阳极 石墨电极做阴极 重新加入饱和 NaCl 溶 液 在各管口滴加两滴酚酞试剂 电解时发现电极附近没有 Fe OH 2白色絮状沉淀生成 看见铁电极附近溶 液变黄 且黄色渐渐向下移动 在具支 U 形管底部生成灰绿色沉淀 最后变 为红褐色沉淀 该过程为 电解产生的 Fe2 被向阴极移动与向阳极移动的 OH 反应 生成 Fe OH 2 溶液中的氧化性物质会将 Fe OH 2氧化成 Fe OH 3 所 以底部有沉淀生成 石墨电极一侧有气泡产生 通入到事先准备好的肥皂水中 点燃 发现有爆鸣声 证明有 H2产生 五 注意事项 1 实验完毕 一定要用水冲洗干净霍夫曼电解水器中残留的酸碱液 以免 旋钮被 卡住 2 电解水时 若有低压直流电源 调高电压 可缩短演示时间 通常调在 12 24V 之间 若用干电池 可 4 节串联为 6V 使用 3 电解 NaCl 过程中 在滴加酚酞的溶液表面有时会出现一层白色的胶体 这是因为酚酞在饱和溶液中溶解度变小 六 实验总结 1 电解水时 电压范围为 14 24V 但是 20V 时 现象最为明显 2 电解水时 产生气体体积比和理论上的 2 1 不一致 主要由于以下几个 图二 电解 NaCl 水溶液装置 方面的原因 气体溶解度不同 20 1kPa 时 O2为 31mL L H2为 18 2mL L 电极材料与 O2发生了反应 电极上的其他副反应 3 教师在做演示实验时 事先一定要做充分的准备 实验成功才有说服 力 4 教师做实验要利用空闲时间提问学生 5 教师做演示实验时 要仔细说明每一项的步骤及其原因 使得学生有 助于理解 六 相关文献与重点文献综述 学生做全日制普通高级中学教科书 必修加选修 化学 第三册电解饱和 食盐水分组实验的过程中发现一个有趣的意外现象 有一实验小组连在电源负 极导线上的铁钉脱落掉在 U 形管底 当时未取出铁钉而在导线上重新连接了一 个铁钉 通电时 U 形管底部铁钉的一端有气泡生成 通过一系列的探究实验 得出发生这种现象的原因 在电解池的电解质溶 液中放入一根金属棒 金属棒的两端就存在电势差 因此就有电流通过 电子由 电势低的一端 靠近电解池阴极的一端 流向电势高的一端 靠近电解池阳极的 一端 在电解池的电解质溶液中放入一根铁钉时 电势高的一端 阴极 2H 2e H2 电势低的一端 阳极 Fe 2e Fe2 在电解质溶液中发生的反应有 Fe2 2OH Fe OH 2 Fe OH 2 容易被溶解在溶液中的氧气氧化 由白色变为灰绿色 最终生成红褐色 Fe OH 3沉淀 如果用小烧杯作电解池 则阳极生成的 Cl2容易和 Fe OH 2 发 生反应 6Fe OH 2 3Cl2 4Fe OH 3 2Fe3 6Cl 导致电解质溶液变黄且有红褐色沉淀生成 1 电解饱和食盐水的装置存在一些缺陷 1 由于该装置是一个开放体系 电解 产生的氯气全部直接排人空气中 对师生的健康造成影响 即没有进行绿色化设 计 2 实验中不能体现或无法测定生成H2和Cl2的体积关系 3 实验中无法检验 H2 的生成 2 电解装置应该换成如图三所示装置 图三 改进后的实验装置1 实验改进后的优点有 1 使电解在一个密闭体系中进行 有效防止有毒气体 Cl2的排放 2 实验中对电解产生的H2和Cl2气体体积关系一目了然 3 便于对生 成的H2进行检验 4 该装置还可适用于其他许多电解实验 如电解水CuCl2 溶 液等 同时 除了以上改进方法 还有另外一种改进方法 如图所示 图四 改进后的实验装置图2 使用该实验装置的优点是 1 改进后的实验装置 取材容易 制作简单 现象明显 它可以使氯气的制备 实验一体化 从而达到减少实验操作环节 避免有害气体逸出的可能性 解决了实验对环境的污染问题 培养学生的环保 意识和创新能力 2 此实验方法与传统实验方法相比 无需氯气 氢气的制备 装置和收集过程 可使实验简单化 既节省了教学仪器又缩短了实验时间 从 而提高了教学效率 4 近年来日本和我国台湾流行电解水 它有两种 一种由电解池阴极出来的为 碱性离子水 作为饮用水 另一种由电解池阳极出来的为酸性离子水 用于美容 洗浴 这两种水的特点是水分子团小 活性高 溶解性和渗透性快 导热性好 饮用和洗浴后 不但能强身健体 肌肤柔嫩 而且还可以祛病延年 经试验证 明 电解还原水具有消除自由基的能力 它可消除人体内 60 70 的自由基 由于碱性离子水分子团小 活性高 运动速度快 饮用后会很快地透过细胞膜 所以多喝碱性离子水没有肚子胀的感觉 血液中 83 是水 碱性离子水一旦进 人血液 能降低血液粘度 使血液流动通畅 并能乳化 溶解而降低血脂 有利 于将 废物 排出来 减轻心脏负荷 水的吸收排出 像大扫除一样清扫身体内部 3 七