水.饱和氯化钠溶液的电解报告
电解H2O、电解饱和NaCl溶液
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
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： 2H22↑＋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-
⑴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+2H22↑+2NaOH
⑵ 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 ＋2↓+H2↑
⑶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 ＋2↓+H2↑
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
1.H2O的电解
⑴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）。
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：
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。 2H22↑＋O2↑ 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+2H22↑+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＋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 ＋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。
[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：①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；②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,段昌平.电解饱和食盐水的意外现象及其探究[J].化学教育,2010,06:69+73.
评价：作者由在实验时发生的意外现象引导学生利用所学化学、物理知识对实验现象进行分析, 得出结论。在此过程中, 极大地发挥了学生学习的主观能动性, 通过实验探究使学生体验到了科学探究的过程。最后得出结论是由于电势差的存在而引发相应的化学反应。