水和飽和食鹽水的電解

1、水、飽和氯化鈉溶液的電解孟娟2012級化學3班14組 41207149一、實驗目的1. 掌握演示電解水和電解飽和食鹽水實驗操作技能；2. 初步掌握這兩個實驗的講解方法；3. 探索、設(shè)計電解水器的代用裝置。二、 實驗原理1. H2O的電解陰極反應：4H+4e- 2H2 陽極反應：4OH-4e- 2H2O+O2總反應：2H2O 通電 2H2+O2電解水時，加入的電解質(zhì)并不參與電極反應，主要是為了增加導電性。濃度過低，達不到效果，以5%H2SO4或5%NaOH為宜。2. 飽和NaCl溶液的電解陰極反應：2H+2e- H2 陽極反應：2Cl-2e- Cl2總反應：2NaCl+2H2O 通電 H2+Cl

2、2+2NaOH3. 反接（不換液） 陰極（C）：2H+ + 2e- H2 陽極（Fe）：Fe - 2e- Fe2+Fe(OH)2Fe(OH)3總反應：Fe + 2H2O通電 H2 + Fe(OH)2 4. 直接反接（更換NaCl溶液） 陰極（C）：2H+ + 2e- H2 陽極（Fe）：Fe - 2e- Fe2+ 總反應：Fe + 2H+ 通電 H2 + Fe2+三、 主要儀器、材料與藥品霍夫曼電解水器、直流低壓電源、具支U形管、帶刻度試管、石墨電極、鐵電極、導線。固體NaOH、酚酞試液、淀粉KI試紙、飽和NaCl溶液。四、實驗內(nèi)容1. 水的電解(1)使用霍夫曼電解水器電解水使用前，先用水檢驗

3、霍夫曼電解水器（圖一）的氣密性。方法是將上部的兩個旋鈕關(guān)閉，塞緊下面的塞子，從貯液器加入水，到一定高度時，在貯液器液面處做一標記，數(shù)分鐘后看液面是否下降，若不下降則說明氣密性良好，否則需要給旋鈕涂抹凡士林，并檢查塞子是否塞好。 圖一 霍夫曼電解水器配制5%的NaOH溶液，冷卻至室溫后，由貯液器加入5%的NaOH溶液到刻度管的最高刻度處，趕盡氣泡后關(guān)閉旋鈕，連接導線與低壓直流電源。接通電源，調(diào)解電壓為20V時，可看到刻度管內(nèi)有大量的氣泡放出，電解大約有1-2cm氣柱時停止電解，靜置一會使管內(nèi)的氣泡全部上升后，將氣體放出。再次接通電源開始電解，約10min，可以看到陰極產(chǎn)生的氣體的體積為陽極的2倍

4、。(2)檢驗電解出來的氣體打開陰極旋鈕，調(diào)節(jié)速度使液面緩慢上升，將產(chǎn)生的氣體通入事先準備好的肥皂水中，點燃，出現(xiàn)爆鳴聲，說明陰極生成的是H2。打開陽極旋鈕，調(diào)節(jié)速度使液面緩慢上升，將產(chǎn)生的氣體收集到試管中，將帶火星的木條放在陽極，發(fā)現(xiàn)木條復燃，說明陽極生成的是O2。2. 飽和NaCl溶液的電解如圖二所示，向具支U形管中滴加飽和NaCl溶液至支管以下約2cm處，并從兩管口各滴加2滴酚酞試液，裝上鐵陰極和石墨陽極（鐵電極和石墨電極使用時，要想進行預處理，用砂紙打磨鐵電極，除去鐵銹，用硫酸浸泡鐵電極和石墨電極），接通低壓直流電源（612V）。可以看到電極附近有大量氣泡產(chǎn)生。在陰極區(qū)，溶液變紅，說明陰

5、極區(qū)溶液呈堿性；在陽極區(qū)上方，用潤濕的KI淀粉試紙試之，變藍，后褪色，說明在陽極區(qū)有Cl2生成。 圖二 電解NaCl水溶液裝置3. 反接陰極和陽極（不換溶液在上述實驗的基礎(chǔ)上）；發(fā)現(xiàn)在鐵電極的一側(cè)出現(xiàn)白色絮狀沉淀，并且沉淀向下移動，在具支U型管底部慢慢變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色沉淀，這是因為Fe(OH)2在向Fe(OH)3轉(zhuǎn)變。溶液中的氧化性物質(zhì)漸漸將Fe(OH)2氧化為Fe(OH)3。石墨電極一側(cè)有氣泡產(chǎn)生，通入到事先準備好的肥皂水中，點燃，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲，證明有H2產(chǎn)生。4. 直接反接（鐵電極做陽極，石墨電極做陰極，重新加入飽和NaCl溶 液，在各管口滴加兩滴酚酞試劑）；電解時發(fā)現(xiàn)電極附近沒

6、有Fe(OH)2白色絮狀沉淀生成，看見鐵電極附近溶液變黃，且黃色漸漸向下移動，在具支U形管底部生成灰綠色沉淀，最后變?yōu)榧t褐色沉淀。該過程為：電解產(chǎn)生的Fe2+被向陰極移動與向陽極移動的OH-反應，生成Fe(OH)2，溶液中的氧化性物質(zhì)會將Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3，所以底部有沉淀生成。石墨電極一側(cè)有氣泡產(chǎn)生，通入到事先準備好的肥皂水中，點燃，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲，證明有H2產(chǎn)生。五、注意事項1. 實驗完畢，一定要用水沖洗干凈霍夫曼電解水器中殘留的酸堿液，以免旋鈕被“卡住”。2. 電解水時，若有低壓直流電源，調(diào)高電壓，可縮短演示時間，通常調(diào)在1224V之間。若用干電池，可4節(jié)串聯(lián)為6V使用。3.

7、 電解NaCl過程中，在滴加酚酞的溶液表面有時會出現(xiàn)一層白色的膠體，這是因為酚酞在飽和溶液中溶解度變小。 六、實驗總結(jié) 1. 電解水時，電壓范圍為1424V，但是20V時，現(xiàn)象最為明顯。 2. 電解水時，產(chǎn)生氣體體積比和理論上的2:1不一致，主要由于以下幾個方面的原因：氣體溶解度不同。20、1kPa時，O2為31mL/L，H2為18.2mL/L；電極材料與O2發(fā)生了反應；電極上的其他副反應。 3. 教師在做演示實驗時，事先一定要做充分的準備，實驗成功才有說服力。 4. 教師做實驗要利用空閑時間提問學生。 5. 教師做演示實驗時，要仔細說明每一項的步驟及其原因，使得學生有助于理解。六、相關(guān)文獻與

8、重點文獻綜述學生做全日制普通高級中學教科書( 必修加選修) 化學第三冊電解飽和食鹽水分組實驗的過程中發(fā)現(xiàn)一個有趣的意外現(xiàn)象: 有一實驗小組連在電源負極導線上的鐵釘脫落掉在U 形管底, 當時未取出鐵釘而在導線上重新連接了一個鐵釘, 通電時U 形管底部鐵釘?shù)囊欢擞袣馀萆?。通過一系列的探究實驗，得出發(fā)生這種現(xiàn)象的原因：在電解池的電解質(zhì)溶液中放入一根金屬棒, 金屬棒的兩端就存在電勢差, 因此就有電流通過。電子由電勢低的一端( 靠近電解池陰極的一端) 流向電勢高的一端( 靠近電解池陽極的一端) 。在電解池的電解質(zhì)溶液中放入一根鐵釘時：電勢高的一端( 陰極) : 2H+ + 2e- = H2 電勢低的一

9、端( 陽極) : Fe - 2e- = Fe2+在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的反應有：Fe2+ + 2OH- = Fe ( OH) 2 Fe(OH) 2 容易被溶解在溶液中的氧氣氧化,由白色變?yōu)榛揖G色, 最終生成紅褐色Fe(OH) 3沉淀。如果用小燒杯作電解池, 則陽極生成的Cl2容易和Fe(OH) 2 發(fā)生反應：6Fe(OH) 2 + 3Cl2 = 4Fe(OH) 3+ 2Fe3+ + 6Cl-導致電解質(zhì)溶液變黃且有紅褐色沉淀生成1。電解飽和食鹽水的裝置存在一些缺陷：1.由于該裝置是一個開放體系,電解產(chǎn)生的氯氣全部直接排人空氣中, 對師生的健康造成影響, 即沒有進行綠色化設(shè)計；2.實驗中不能體現(xiàn)或無法

10、測定生成H2和Cl2的體積關(guān)系；3.實驗中無法檢驗H2 的生成2。電解裝置應該換成如圖三所示裝置：圖三 改進后的實驗裝置1實驗改進后的優(yōu)點有：1.使電解在一個密閉體系中進行,有效防止有毒氣體Cl2的排放；2.實驗中對電解產(chǎn)生的H2和Cl2氣體體積關(guān)系一目了然；3.便于對生成的H2進行檢驗；4.該裝置還可適用于其他許多電解實驗：如電解水CuCl2、溶液等。同時，除了以上改進方法，還有另外一種改進方法，如圖所示圖四 改進后的實驗裝置圖2使用該實驗裝置的優(yōu)點是：1、改進后的實驗裝置，取材容易，制作簡單，現(xiàn)象明顯，它可以使氯氣的制備、實驗一體化，從而達到減少實驗操作環(huán)節(jié)，避免有害氣體逸出的可能性，解決

11、了實驗對環(huán)境的污染問題，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和創(chuàng)新能力。2、此實驗方法與傳統(tǒng)實驗方法相比，無需氯氣、氫氣的制備裝置和收集過程，可使實驗簡單化，既節(jié)省了教學儀器又縮短了實驗時間，從而提高了教學效率。4近年來日本和我國臺灣流行電解水, 它有兩種, 一種由電解池陰極出來的為堿性離子水, 作為飲用水；另一種由電解池陽極出來的為酸性離子水, 用于美容、洗浴。這兩種水的特點是水分子團小、活性高、溶解性和滲透性快、導熱性好，飲用和洗浴后，不但能強身健體、肌膚柔嫩，而且還可以祛病延年。經(jīng)試驗證明，電解還原水具有消除自由基的能力, 它可消除人體內(nèi)60%70%的自由基。由于堿性離子水分子團小、活性高、運動速度快, 飲用后會很快地透過細胞膜, 所以多喝堿性離子水沒有肚子脹的感覺。血液中83%是水, 堿性離子水一旦進人血液, 能降低血液粘度, 使血液流動通暢，并能乳化、溶解而降低血脂, 有利于將“廢物”排出來, 減輕心臟負荷, 水的吸收排出, 像大掃除一樣清掃身體內(nèi)部