對(duì)用銅電極電解不同濃度NaCl溶液實(shí)驗(yàn)的探究

1、PAGE PAGE - 3 - 對(duì)“用銅電極電解不同濃度NaCl溶液”實(shí)驗(yàn)的探究徐 克浙江省瑞安中學(xué) 瑞安 325200摘要：本文對(duì)蘇教版實(shí)驗(yàn)化學(xué)選修模塊拓展課題5-3“用銅電極電解飽和食鹽水”的實(shí)驗(yàn)原理及不同條件下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行探究。關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)化學(xué) 電解一、問題的提出1、背景根據(jù)教材上的實(shí)驗(yàn)描述，用銅作陰、陽極電解飽和食鹽水，可以觀察到許多不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（1）電解開始后，與電池負(fù)極相連的銅絲（陰極）在液面下變暗，同時(shí)伴有大量氣泡產(chǎn)生，與電池正極相連的銅絲（陽極）的顏色（紫紅色）不變，但由粗變細(xì)。（2）電解開始約30s內(nèi)，陽極附近略顯白色渾濁，然后開始出現(xiàn)橙黃色渾濁，進(jìn)而生成較多的橙黃色沉

2、淀。隨著沉淀量的不斷增加，橙黃色沉淀慢慢聚集在燒杯底部。2、意義（1）教材編寫組提供實(shí)驗(yàn)論據(jù)及建議；（2）一線教師提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)素材；（3）有利于培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究方法。根據(jù)已有的知識(shí)，銅的常見氧化態(tài)為+2價(jià)，而在此實(shí)驗(yàn)中并沒有產(chǎn)生經(jīng)典的含有Cu2+特征的化合物（藍(lán)色），這是為什么呢？如果改變實(shí)驗(yàn)條件，在不同的NaCl濃度下進(jìn)行電解，反應(yīng)現(xiàn)象又會(huì)有什么不同呢？對(duì)此，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。二、實(shí)驗(yàn)過程我們查閱文獻(xiàn)并向?qū)嶒?yàn)室老師做了咨詢，設(shè)計(jì)了如下幾組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用品：3A穩(wěn)流電源、電解槽（燒杯）、1mol/LNaCl溶液，2mol/L NaCl溶液，3mol/L NaCl溶液

3、，飽和NaCl溶液（6.15mol/L），銅電極、導(dǎo)線、試管、氨水。濃度實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)物推測(cè)1mol/L與電源負(fù)極相連的銅極（陰極）有大量氣泡析出，電解剛開始時(shí)，與電源正極相連的銅電極附近略顯淡淡的藍(lán)色渾濁，然后電解池中液體逐漸呈現(xiàn)出藍(lán)色渾濁藍(lán)色渾濁為2mol/L與電源負(fù)極相連的銅極（陰極）有大量氣泡析出，電解剛開始時(shí)，與電源正極相連的銅電極附近略顯淡淡的藍(lán)色渾濁，幾秒后開始呈現(xiàn)出橙黃色渾濁，進(jìn)而生成較多的橙黃色沉淀藍(lán)色渾濁為橙黃色沉淀為3mol/L與電源負(fù)極相連的銅極（陰極）有大量氣泡析出，電解剛開始時(shí)，與電源正極相連的銅電極附近略顯白色渾濁，幾秒后開始呈現(xiàn)出橙黃色渾濁，進(jìn)而生成較多的橙黃色沉淀

4、白色渾濁為橙黃色沉淀飽和與電源負(fù)極相連的銅極（陰極）有大量氣泡析出，電解液中迅速生成較多的磚紅色沉淀磚紅色沉淀三、實(shí)驗(yàn)原理通過查詢有關(guān)金屬銅及其化合物化學(xué)性質(zhì)的文獻(xiàn)資料，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推測(cè)得出銅電極電解NaCl稀溶液陽極 陰極 總反應(yīng)方程式 其中生成的反應(yīng)是控制反應(yīng)。 銅電極電解飽和NaCl溶液陽極 陰極 （白色） 其中為控制反應(yīng)四、分析與討論實(shí)驗(yàn)表明，銅電極電解較濃NaCl溶液時(shí)，陽極電解產(chǎn)物為Cu+化合物，最終生成磚紅色的Cu2O；銅電極電解較稀的NaCl溶液時(shí)，陽極電解產(chǎn)物為Cu2+化合物，最終生成Cu(OH)2電解液中NaCl的濃度不同時(shí)，陽極電解產(chǎn)物為什么會(huì)不一樣？Cu+化合物和C

5、u2+化合物的產(chǎn)生對(duì)于NaCl溶液的濃度又有什么不同的要求呢？（1）銅的電極電勢(shì)在此實(shí)驗(yàn)的特定條件下，陽極銅的電極電勢(shì)需要通過計(jì)算方法得出。要計(jì)算用銅電極電解飽和食鹽水時(shí)的銅電極電勢(shì)，就要尋找影響銅陽極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的因素和等量關(guān)系，以分析銅在不同條件下的反應(yīng)傾向。假設(shè)銅陽極電解產(chǎn)物為Cu2+化合物時(shí)，根據(jù)總反應(yīng)Cu+2H2O=Cu(OH)2+H2得出2c(Cu2+)=c(OH)。查資料得KspCu(OH)2=6.010-19，=0.337V推斷此時(shí)溶液中c（Cu2+）為：c（Cu2+）C2（OH-）=KspCu（OH）2=6.010-19c(Cu2+)=5.3110-7mol/L據(jù)此推斷銅陽極

6、電極電勢(shì)：=+ln=0.337V+lg（5.3110-7）=0.1516V(2)對(duì)于教材中實(shí)驗(yàn)生成Cu+化合物的解釋：假設(shè)陽極電解產(chǎn)物為Cu+化合物時(shí)，已知=0.521V,Ksp(CuCl）=1.210-6,飽和NaCl溶液中c(Cl-)=6.15mol/L則=+ln=0.0521V+(1.9510-7mol/L)=0.1245V此時(shí)=0.1245V2.14mol/L時(shí)，銅陽極電解產(chǎn)物為Cu+化合物，析出磚紅色沉淀Cu2O；當(dāng)c(NaCl)2.14mol/L時(shí)，銅陽極電解產(chǎn)物為Cu2+化合物，析出藍(lán)色沉淀Cu(OH)2；但是當(dāng)c(NaCl)小于2.14mol/L時(shí)，由于電解液中消耗的只是水，不消耗NaC