饱和食盐水的电解
水、饱和氯化钠溶液的电解
姓名:黄昌强 学号:41111057
(2011级一班周二实验11组,QQ :602094054)
一、实验目的
1.体验化学能与电能相互转化的探究过程,了解原电池和电解池的工作原理。
2. 掌握电解饱和食盐水实验操作技能;初步掌握实验的讲解方法;探索、设计电解水器的代用装置。
二、实验原理
1. 电解水
电解水就是通电使水分解成氢气与氧气的实验,为了增加水的导电性使用氢氧化钠或硫酸溶液,简单分述如下。
以氢氧化钠溶液为电解液,当电流通过时溶液中的H +和Na +离子都移向阴极,但因为Na +离子获得电子的倾向小,故在阴极上析出的是氢气而不是钠。在阳极上,OH -离子放电析出氧气。
2H 2O
2. 饱和NaCl 溶液的电解 电解2H 2↑+O 2↑
阴极反应:2H ++2e- →H 2↑ 阳极反应:2Cl --2e - →Cl 2↑
总反应:2NaCl+2H2O H 2↑+Cl2↑+2NaOH
二、实验操作过程与实验现象
(一)电解水
1.霍夫曼电解器实验装置如图(A)所示。
2.检查水电解器各部件,要求玻璃活塞不漏气,装电极的橡皮塞不漏液。
3.打开活塞,从球形漏斗中加入用蒸馏水配制的15%NaOH,使整个管子充满溶液没有气泡,关闭活塞。
4.接上12~18V 直流电源,两根电极上就有气泡产生。2~3min 后停止通电,阴极生成气体的体积大约是阳极生成气体体积的两倍。
5. 检验阴极生成的氢气,将点燃的火柴靠近产生的气体,气体燃烧并有蓝色火焰。
6. 检验阳极生成的氧气,它能使带火星的线香燃烧。
(二)电解饱和NaCl 溶液
1. 如图一所示,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)
2. 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。 实验现象:
在阴极区,溶液变红,说明阴极区溶液呈碱性;产生了一种可以燃烧的气体。 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Cl 2生成。
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,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。
(2)直接反接(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Fe 2+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。
五、注意事项
1. 电解用饱和NaCl 溶液在使用前一定要精制,这样可以除去其中的Ca 2+、Mg 2+,以避免在阴极附近出现白色浑浊现象。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,滴加2滴酚酞试液,再注入含有NaOH 和Na 2CO 3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却后加盐酸至酚酞刚好变为无色为止。
2. 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、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:
Fe 2+ + 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Cl 2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]。
五、参考文献
[1]段玉峰. 综合训练与设计[M].北京:科学出版社,2001.233-235.
[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,2002,3:27-28.
[3]祁秀勇. 电解水的制约因素[J].实验与创新思维,2002,9:7-8.