水、饱和氯化钠溶液的电解报告

1 通电 通电 电解电解 H2O 电解饱和 电解饱和 NaCl 溶液溶液 一 实验教学目标一 实验教学目标 1 掌握演示电解 H2O 电解饱和 NaCl 溶液实验操作技能 2 初步掌握这两个实验的演示教学方法 3 探索 设计电解水器的代用装置 二 实验原理二 实验原理 在水溶液中 电解质通电前发生电离 通电后 离子发生定向移动 并在 电极发生氧化还原反应 1 H2O 的电解 通电前 H2O 发生部分电离 H2O H OH 通电后 自由移动的离子发生定向移动 阳离子向阴极移动 阴离子向阳 极移动 发生氧化还原反应 阴极反应 4H 4e 2H2 阳极反应 4OH 4e 2H2O O2 总反应 2H2O 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 以上为宜 1 饱和 NaCl 溶液的电解 通电前 H2O 发生部分电离 H2O H OH NaCl 全部发生电离 NaCl Na Cl 正接 阴极 Fe 阳极 碳棒 阴极反应 2H 2e H2 阳极反应 2Cl 2e Cl2 总反应 2NaCl 2H2O H2 Cl2 2NaOH 2 通电 通电 反接 阴极 碳棒 阳极 Fe 阴极反应 2H 2e H2 阳极反应 Fe 2e 2OH Fe OH 2 总反应 2H2O Fe Fe OH 2 H2 直接反接 阴极 碳棒 阳极 Fe 阴极反应 2H 2e H2 阳极反应 Fe 2e Fe2 总反应 2H2O Fe Fe OH 2 H2 三 仪器 材料与药品三 仪器 材料与药品 仪器 霍夫曼电解水器 直流低压电源 具支 U 形管 烧杯 石墨电极 铁电极 导线 试剂 固体 NaOH 酚酞试液 淀粉 KI 试纸 饱和 NaCl 溶液 四 实验内容四 实验内容 1 H2O 的电解 使用霍夫曼电解水器电解 H2O 使用前 先用水检验霍夫曼电解水器 图 1 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 15 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 20 V 电压范围为 14 24 V 但是 20 V 时 现象最为 明显 3 通电 图 1 霍夫曼电解水器 现象 可看到刻度管内有大量的气泡放出 一段时间后 阴极产生的气体 的体积大约为阳极的 2 倍 打开阴极旋钮 调节速度使液面缓慢上升用向下排 空气法收集气体 点燃 发生爆鸣 打开阳极旋钮 调节速度使液面缓慢上升 将带火星的木条放在阳极的尖口处 发现木条复燃 结论 使用霍夫曼电解水器电解 H2O 在阴极产生 H2 在阳极产生 O2 反 应方程式为 2H2O 2H2 O2 2 饱和 NaCl 溶液的电解 如图 2 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 石墨电极 相连 负极和阴极相连 仔细查对 勿要接反 图 2 电解饱和食盐水装置 注意事项 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 用水清洗石墨电极 接通低压直流电源 现象 可以看到电极附近有大量气泡产生 在阴极区 溶液变红 收集气 体 点燃 发生爆鸣 在阳极区上方 用润湿的 KI 淀粉试纸检验气体 试纸变 4 通电 通电 通电 蓝 结论 阴极区溶液呈碱性 且产生的气体为 H2 在阳极区有 Cl2生成 反 应方程式为 2NaCl 2H2O H2 Cl2 2NaOH 3 探究实验 1 不换溶液在上述实验的基础上反接阴极和阳极 现象 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 解释 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 反应方程式为 2H2O Fe Fe OH 2 H2 2 直接反接 铁电极做阳极 石墨电极做阴极 现象 电解时发现电极附近没有 Fe OH 2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 解释 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 灰绿色沉淀生成 反应方程式为 2H2O Fe Fe OH 2 H2 五 相关文献与重点文献综述 1 陈德善 电解饱和食盐水演示实验 奇观 J 化学教学 2004 03 15 评价 作者在原实验结束后 将电极反接 让学生观察到四道 奇观 既防止学生产 生误解 又引导学生看个够 实现了非常规思维能力的培养 2 杨峰 电解饱和食盐水演示实验的改进 J 中学化学教学参考 2002 03 24 评价 作者利用生物学上的培养皿和玻璃片巧妙设计实验装置 将阳极区和阴极区分 开 更有利于说明两个电极分别所发生的反应 并与工业生产上的立式隔膜电解槽有机地联 系起来 使学生掌握工业上利用电解饱和食盐水制取烧碱和氯气的原理 3 李静娴 陈迪妹 元立亭 电解饱和食盐水实验的优化设计 J 化学教学 2012 01 45 46 评价 作者认为课本中的实验操作存在收集一试管的氢气需要较长一段时间和检验氯 气的过程不够简便也不环保两个不足 因此采用 J 型管对电解饱和食盐水实验进行了优化 设计 新设计具有实验现象明显 绿色 操作简单且安全 时间短 可反复操作等优点 5 4 陈达 庄华清 电解饱和食盐水实验的新改进 J 化学教学 2012 11 49 50 评价 该作者和文献 3 的作者都看到了课本中实验装置存在的两个不足之处 他将试 验改进了两个地方 阴极和阳极尽可能靠近 以缩短离子迁移的距离 提高电解的速率 将电解产生的氯气和氢气封闭在电解器中 便于收集 教学和减少污染 5 吴辉芳 电解饱和食盐水实验的创意设计 J 中学化学教学参考 2015 22 62 评价 作者指出教材上的实验具有产出气体速率慢且氯气容易污染氢气的缺点 改进 了实验装置 使用了指形试管 可以用来收集气体 而且装置微型化 价格便宜 便于学 生操作 6 李永虹 电解饱和食盐水及其应用 J 化学教学 2007 01 37 38 评价 这是一篇关于电解饱和食盐水及其应用的教学设计 从生活中的氯化钠引进本 节课的氯化钠的化工应用 从初三的电解水引进现在的电解饱和食盐水 并引导学生改进 实验装置通过电解食盐水得到的 Cl2和 NaOH 制得次氯酸钠 让学生学以致用 尝试自己 设计简易的家用消毒剂制造装置 7 何性刚 蔡发泉 电解饱和氯化钠溶液的一个微型实验设计 J 中小学实验与装备 2009 06 36 评价 作者设计了一个微型实验 通过电压表示数来反映实验现象 所需仪器较少 操作 更简单 现象明显 生成的氯气是微量的 对空气的污染很小 符合绿色化学理念 将该微型 实验作为演示实验能使学生更清楚的观察到实验过程及现象 会给学生留下深刻的印象 收到很好的教学效果 8 罗畅 杜元珍 段