實(shí)驗(yàn)三 水、飽和氯化鈉的點(diǎn)解

水、飽和氯化鈉溶液的電解燕紫娟2012級(jí)化學(xué)3班學(xué)號(hào)：41207155一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握演示電解水和飽和食鹽水實(shí)驗(yàn)操作技能；2.初步掌握這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的講解方法；3.探索、設(shè)計(jì)電解水器的代用裝置。二、實(shí)驗(yàn)原理1.水的電解：（電解液為5%的NaOH溶液）陰極反應(yīng)：2H++2e-H2（檢驗(yàn)：點(diǎn)燃，有爆鳴聲）陽極反應(yīng)：4OH--4e-2H2O+O2（檢驗(yàn)：帶火星的木條復(fù)燃）電解電解總反應(yīng)：2H2O2H2+O22.飽和NaCl溶液的電解正接：陰極反應(yīng)（Fe）：2H++2e-H2（用無色酚酞試液檢驗(yàn)） 陽極反應(yīng)（C）：2Cl--2e-Cl2（用濕潤的淀粉Kl試紙檢驗(yàn)）電解 電解總反應(yīng)：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2反接（不換液）：陰極反應(yīng)（C）：2H2O+2e- 2OH-+H2陽極反應(yīng)（Fe）:Fe–2eFe2+電解電解總反應(yīng)：Fe+H2OH2+Fe(OH)2(灰綠色沉淀)反接（飽和NaCl溶液）：陰極反應(yīng)（C）：2H++2e-＝ H2 陽極反應(yīng)（Fe）:Fe–2eFe2+電解電解 總反應(yīng)：Fe+H2OH2+Fe(OH)2三、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑儀器：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(dǎo)線、淀粉Kl試紙、火柴試劑：NaOH固體、飽和NaCl溶液、無色酚酞試液四、實(shí)驗(yàn)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(yàn)霍夫曼電解水器如圖1的氣密性。方法是將上部的兩個(gè)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(shí)，在貯液器液面處做一標(biāo)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。配制5%的NaOH溶液約250mL，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(dǎo)線與低壓直流電源。接通電源，調(diào)解電壓為20V開始電解，約10min后，可以看到陰極產(chǎn)生的氣體的體積約為陽極的2倍（電解水時(shí)，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(gè)方面的原因：①氣體溶解度不同。20℃、1kPa時(shí)，O2為31mL/L，H2為18.2mL/L；②電極材料與O2發(fā)生了反應(yīng)；③電極上的其他副反應(yīng)）。(2)檢驗(yàn)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（先排一會(huì)，將導(dǎo)氣管內(nèi)的空氣排出，防止氫氣中混有空氣，發(fā)生爆炸），在陰極的尖嘴處點(diǎn)燃，若有爆鳴聲，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，將帶火星的木條放在陽極的小型漏斗內(nèi)，發(fā)現(xiàn)木條復(fù)燃，說明陽極生成的是O2。圖一圖一霍夫曼電解水器圖一霍夫曼電解水器圖一霍夫曼電解水器圖一霍夫曼電解水器2.飽和NaCl溶液的電解（1）正接如圖2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(shí)，要想進(jìn)行預(yù)處理，用砂紙打磨鐵電極，除去鐵銹），接通低壓直流電源?？梢钥吹诫姌O附近有大量氣泡產(chǎn)生。在陰極區(qū)，溶液變紅，說明陰極區(qū)溶液呈堿性；在陽極區(qū)上方，用潤濕的KI淀粉試紙?jiān)囍?，變藍(lán)，說明在陽極區(qū)有Cl2生成。圖2電解NaCl水溶液裝置（2）不換液反接不換溶液在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上反接陰極和陽極，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(dòng)，在具支U型管底部慢慢變?yōu)榛揖G色，這是因?yàn)镕e(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。（3）換液直接反接按照上述方法，在具支U形管中加入新的飽和NaCl溶液，鐵電極做陽極，石墨電極做陰極，電解時(shí)發(fā)現(xiàn)電極附近沒有Fe(OH)2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(dòng)，在具支U形管底部生成灰綠色沉淀。該過程為：電解產(chǎn)生的Fe2+被向陰極移動(dòng)與向陽極移動(dòng)的OH-反應(yīng)，生成Fe(OH)2，溶液中的氧化性物質(zhì)會(huì)將Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3，所以底部灰綠色沉淀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧t褐色沉淀。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.用霍夫曼電解水器時(shí)，電解液為5%的H2SO4或5%的NaOH溶液。2.電解完畢，一定要用水沖洗干凈霍夫曼電解水器中殘留的堿溶液，以免旋鈕被卡住。最好在旋塞里襯張小紙片。3.電解水時(shí)，加入的電解質(zhì)并不參與電極反應(yīng)，主要是為了增加導(dǎo)電性。濃度過低，達(dá)不到效果，以5%為宜。4.在滴入酚酞之前，注意向具支U形管中滴加的飽和NaCl溶液是在支管以下約2cm處，如果太多，會(huì)給后續(xù)反應(yīng)造成不必要的影響。5.電解NaCl過程中，在滴入酚酞的溶液表面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一層白色膠體，這是由于酚酞在飽和NaCl溶液中溶解度變小之故。6.檢驗(yàn)陽極產(chǎn)生的Cl2時(shí)，不要直接手持淀粉KI試紙，以免與Cl2直接接觸，可以借助鑷子或玻璃棒。檢驗(yàn)時(shí)間不宜過長，否則會(huì)看到藍(lán)色褪去，因?yàn)镃l2可以和生成的I2進(jìn)一步反應(yīng)。7.電解用飽和NaCl溶液在使用前一定要精制，這樣可除去其中的Ca2+、Mg2+，以避免在陰極附近出現(xiàn)白色混濁現(xiàn)象。方法是：給盛有36gNaCl的燒杯中加入蒸餾水，邊加熱邊攪拌，制成飽和溶液。待稍冷卻，滴入2滴酚酞試液，再注入含有NaOH和Na2CO3各2g的混合溶液至堿性。靜置數(shù)小時(shí)，待沉淀形成后過濾，將濾液加熱至沸騰，稍冷后滴加鹽酸至酚酞?jiǎng)偤米優(yōu)闊o色為止。8.電解水實(shí)驗(yàn)時(shí)注意調(diào)節(jié)直流電源電壓的大小，記錄電解水器中產(chǎn)生氣體的速率變化，以每產(chǎn)生5mLH2所用時(shí)間為例，記錄數(shù)據(jù)如表1所示：表1直流電源電壓大小與產(chǎn)生H2的速率關(guān)系表H2的產(chǎn)量（mL）555直流電源電壓（V）253035所用時(shí)間（s）755744由表1可以看出，電解水實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生5mLH2所用時(shí)間隨直流電源電壓的增大而減少，即產(chǎn)生5mLH2的速率隨直流電源電壓的增大而加快。六、相關(guān)文獻(xiàn)與重點(diǎn)文獻(xiàn)綜述1引自期刊：王良民在《電解飽和食鹽水的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)》中指出，在新課程蘇教版化學(xué)一“氯氣的生產(chǎn)原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于電解產(chǎn)生的氫氣量少，導(dǎo)致用爆鳴實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)氫氣很難成功，并且用淀粉KI試紙檢驗(yàn)氯氣的操作也不好進(jìn)行?；诨瘜W(xué)演示實(shí)驗(yàn)常見易得、操作簡單、現(xiàn)象明顯的原則，作者進(jìn)行了如下改進(jìn)：=1\*GB3①用2B鉛筆芯代替石墨電極。=2\*GB3②陽極支管處增設(shè)干燥管。=3\*GB3③采用吹肥皂泡的方法檢驗(yàn)氫氣。原裝置如圖3所示：圖3原裝置圖改進(jìn)后的裝置如圖4所示：圖4改進(jìn)后的裝置圖改進(jìn)后的裝置優(yōu)點(diǎn)：采用2B鉛筆芯代替石墨電極，減少電極的體積和表面積，可以有效減少石墨電極對(duì)氯氣的吸附，同時(shí)可以減少石墨電極對(duì)觀察黃綠色氯氣的顏色的干擾。同時(shí)增加了電極長度，可以減小兩極間的距離及電解質(zhì)電阻，可以加速反應(yīng)進(jìn)行，提高電解效率；檢驗(yàn)氯氣在密閉條件下，可以有效減少氯氣對(duì)環(huán)境的污染，更加環(huán)保、安全；用點(diǎn)燃肥皂泡的方法檢驗(yàn)氫氣，效果顯著，操作安全方便，同時(shí)增加了趣味性?？傊倪M(jìn)后的裝置簡單合理，安全環(huán)保，操作方便。不足：電解時(shí)，鉛筆芯發(fā)熱，電解時(shí)間稍長，鉛筆芯易斷。2.引自期刊：王賽萍在《化學(xué)非預(yù)設(shè)性課堂初探——學(xué)生實(shí)驗(yàn)“電解飽和食鹽水”》中所報(bào)告的課堂改變以教為主的預(yù)設(shè)性策略，采用以學(xué)為主的非預(yù)設(shè)性策略進(jìn)行教學(xué)。主要解決了學(xué)生在課堂上隨機(jī)提出的以下問題：=1\*GB3①用濕潤碘化鉀淀粉試紙檢驗(yàn)時(shí),開始也看到藍(lán)色，但是后來藍(lán)色消失了。=2\*GB3②發(fā)現(xiàn)變紅的溶液后又褪為無色,這是怎么回事？=3\*GB3③不小心把電源和電極接反了而造成的奇怪的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。同時(shí)作者還進(jìn)行了課堂反思。對(duì)文獻(xiàn)的評(píng)價(jià)：非預(yù)設(shè)性課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)往往在課堂教學(xué)中生成，隨著教學(xué)活動(dòng)的展開，教師、學(xué)生的思想和教學(xué)內(nèi)容不斷碰撞，創(chuàng)造性火花不斷迸發(fā)，新的學(xué)習(xí)需求、方向不斷產(chǎn)生，學(xué)生在這個(gè)過程中興趣盎然，認(rèn)識(shí)和體驗(yàn)不斷加深，思考和感悟時(shí)有形成。在這樣的課堂上，學(xué)生獲得了多方面的滿足和發(fā)展，教師的勞動(dòng)也閃耀著創(chuàng)造的光輝，師生都能感覺到生命活力的涌動(dòng)。教學(xué)中應(yīng)該多加采納這種教學(xué)方式。另外，我們可以在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，預(yù)先考慮這些可能存在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并思考驗(yàn)證。這樣對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)能起到更好的效果。3.引自期刊：柏書梅在《電解食鹽水實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)》指出了蘇教版電解飽和食鹽水存在的幾個(gè)弊端，并對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了兩種方法的改進(jìn)。改進(jìn)一：實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示：圖5改進(jìn)一的實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)二：實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示：圖6改進(jìn)二的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)：改進(jìn)裝置一類似王良民所進(jìn)行的改進(jìn)，有異曲同工之妙；改進(jìn)裝置二采用J形管，固液易分離，使實(shí)驗(yàn)操作更加方便簡單，產(chǎn)生的氣體量可以得到控制，由于右端液柱的壓力，排出的氫氣氣流量大，點(diǎn)燃效果明顯。兩個(gè)裝置均是密封的，清潔環(huán)保。八、參考文獻(xiàn)[1]段玉峰.綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)［M］.2002年8月.北