实验三 水、饱和氯化钠的点解

水、饱和氯化钠溶液的电解燕紫娟2012级化学3班学号：41207155一、实验目的1.掌握演示电解水和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.水的电解：（电解液为5%的NaOH溶液）阴极反应：2H++2e-H2（检验：点燃，有爆鸣声）阳极反应：4OH--4e-2H2O+O2（检验：带火星的木条复燃）电解电解总反应：2H2O2H2+O22.饱和NaCl溶液的电解正接：阴极反应（Fe）：2H++2e-H2（用无色酚酞试液检验） 阳极反应（C）：2Cl--2e-Cl2（用湿润的淀粉Kl试纸检验）电解 电解总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2反接（不换液）：阴极反应（C）：2H2O+2e- 2OH-+H2阳极反应（Fe）:Fe–2eFe2+电解电解总反应：Fe+H2OH2+Fe(OH)2(灰绿色沉淀)反接（饱和NaCl溶液）：阴极反应（C）：2H++2e-＝ H2 阳极反应（Fe）:Fe–2eFe2+电解电解 总反应：Fe+H2OH2+Fe(OH)2三、实验仪器及试剂仪器：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、淀粉Kl试纸、火柴试剂：NaOH固体、饱和NaCl溶液、无色酚酞试液四、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如图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5%的NaOH溶液约250mL，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开始电解，约10min后，可以看到阴极产生的气体的体积约为阳极的2倍（电解水时，产生气体体积比和理论上的2:1不一致，主要由于以下几个方面的原因：①气体溶解度不同。20℃、1kPa时，O2为31mL/L，H2为18.2mL/L；②电极材料与O2发生了反应；③电极上的其他副反应）。(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（先排一会，将导气管内的空气排出，防止氢气中混有空气，发生爆炸），在阴极的尖嘴处点燃，若有爆鸣声，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，将带火星的木条放在阳极的小型漏斗内，发现木条复燃，说明阳极生成的是O2。图一图一霍夫曼电解水器图一霍夫曼电解水器图一霍夫曼电解水器图一霍夫曼电解水器2.饱和NaCl溶液的电解（1）正接如图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（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），接通低压直流电源。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，说明在阳极区有Cl2生成。图2电解NaCl水溶液装置（2）不换液反接不换溶液在上述实验的基础上反接阴极和阳极，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，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。（3）换液直接反接按照上述方法，在具支U形管中加入新的饱和NaCl溶液，铁电极做阳极，石墨电极做阴极，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。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，所以底部灰绿色沉淀逐渐转变为红褐色沉淀。五、实验注意事项1.用霍夫曼电解水器时，电解液为5%的H2SO4或5%的NaOH溶液。2.电解完毕，一定要用水冲洗干净霍夫曼电解水器中残留的碱溶液，以免旋钮被卡住。最好在旋塞里衬张小纸片。3.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%为宜。4.在滴入酚酞之前，注意向具支U形管中滴加的饱和NaCl溶液是在支管以下约2cm处，如果太多，会给后续反应造成不必要的影响。5.电解NaCl过程中，在滴入酚酞的溶液表面有时会出现一层白色胶体，这是由于酚酞在饱和NaCl溶液中溶解度变小之故。6.检验阳极产生的Cl2时，不要直接手持淀粉KI试纸，以免与Cl2直接接触，可以借助镊子或玻璃棒。检验时间不宜过长，否则会看到蓝色褪去，因为Cl2可以和生成的I2进一步反应。7.电解用饱和NaCl溶液在使用前一定要精制，这样可除去其中的Ca2+、Mg2+，以避免在阴极附近出现白色混浊现象。方法是：给盛有36gNaCl的烧杯中加入蒸馏水，边加热边搅拌，制成饱和溶液。待稍冷却，滴入2滴酚酞试液，再注入含有NaOH和Na2CO3各2g的混合溶液至碱性。静置数小时，待沉淀形成后过滤，将滤液加热至沸腾，稍冷后滴加盐酸至酚酞刚好变为无色为止。8.电解水实验时注意调节直流电源电压的大小，记录电解水器中产生气体的速率变化，以每产生5mLH2所用时间为例，记录数据如表1所示：表1直流电源电压大小与产生H2的速率关系表H2的产量（mL）555直流电源电压（V）253035所用时间（s）755744由表1可以看出，电解水实验中产生5mLH2所用时间随直流电源电压的增大而减少，即产生5mLH2的速率随直流电源电压的增大而加快。六、相关文献与重点文献综述1引自期刊：王良民在《电解饱和食盐水的实验改进》中指出，在新课程苏教版化学一“氯气的生产原理”实验教学中，由于电解产生的氢气量少，导致用爆鸣实验来检验氢气很难成功，并且用淀粉KI试纸检验氯气的操作也不好进行。基于化学演示实验常见易得、操作简单、现象明显的原则，作者进行了如下改进：=1\*GB3①用2B铅笔芯代替石墨电极。=2\*GB3②阳极支管处增设干燥管。=3\*GB3③采用吹肥皂泡的方法检验氢气。原装置如图3所示：图3原装置图改进后的装置如图4所示：图4改进后的装置图改进后的装置优点：采用2B铅笔芯代替石墨电极，减少电极的体积和表面积，可以有效减少石墨电极对氯气的吸附，同时可以减少石墨电极对观察黄绿色氯气的颜色的干扰。同时增加了电极长度，可以减小两极间的距离及电解质电阻，可以加速反应进行，提高电解效率；检验氯气在密闭条件下，可以有效减少氯气对环境的污染，更加环保、安全；用点燃肥皂泡的方法检验氢气，效果显著，操作安全方便，同时增加了趣味性。总之，改进后的装置简单合理，安全环保，操作方便。不足：电解时，铅笔芯发热，电解时间稍长，铅笔芯易断。2.引自期刊：王赛萍在《化学非预设性课堂初探——学生实验“电解饱和食盐水”》中所报告的课堂改变以教为主的预设性策略，采用以学为主的非预设性策略进行教学。主要解决了学生在课堂上随机提出的以下问题：=1\*GB3①用湿润碘化钾淀粉试纸检验时,开始也看到蓝色，但是后来蓝色消失了。=2\*GB3②发现变红的溶液后又褪为无色,这是怎么回事？=3\*GB3③不小心把电源和电极接反了而造成的奇怪的实验现象。同时作者还进行了课堂反思。对文献的评价：非预设性课堂的教学设计往往在课堂教学中生成，随着教学活动的展开，教师、学生的思想和教学内容不断碰撞，创造性火花不断迸发，新的学习需求、方向不断产生，学生在这个过程中兴趣盎然，认识和体验不断加深，思考和感悟时有形成。在这样的课堂上，学生获得了多方面的满足和发展，教师的劳动也闪耀着创造的光辉，师生都能感觉到生命活力的涌动。教学中应该多加采纳这种教学方式。另外，我们可以在做实验时，预先考虑这些可能存在的实验现象，进行实验，并思考验证。这样对学生学习新知识能起到更好的效果。3.引自期刊：柏书梅在《电解食盐水实验的创新设计》指出了苏教版电解饱和食盐水存在的几个弊端，并对该实验进行了两种方法的改进。改进一：实验装置如图5所示：图5改进一的实验装置改进二：实验装置如图6所示：图6改进二的实验装置对改进实验的评价：改进装置一类似王良民所进行的改进，有异曲同工之妙；改进装置二采用J形管，固液易分离，使实验操作更加方便简单，产生的气体量可以得到控制，由于右端液柱的压力，排出的氢气气流量大，点燃效果明显。两个装置均是密封的，清洁环保。八、参考文献[1]段玉峰.综合训练与设计［M］.2002年8月.北