硫酸鈉電解實驗報告

硫酸鈉電解實驗報告1.實驗?zāi)康谋緦嶒炛荚谕ㄟ^電解硫酸鈉，研究電解的基本原理、電解反應(yīng)、電量、電對和離子在電解過程中的遷移等基本概念。2.實驗原理硫酸鈉電解反應(yīng)式為：Na?SO?→2Na?+SO?2?在電解過程中，正離子（鈉離子）由電極的負(fù)極向陽極移動，即發(fā)生陰極反應(yīng)；負(fù)離子（硫酸根離子）由電極的正極向陰極移動，即發(fā)生陽極反應(yīng)。在電解液中有電子流動，相當(dāng)于有負(fù)電流通過導(dǎo)體。根據(jù)法拉第的電解第一定律，電流通過電解質(zhì)溶液中的任一橫截面時，所析出（或溶解）物質(zhì)的質(zhì)量，與通過液體的電荷量成正比。電解實驗中，電量的計算可采用物質(zhì)的電量、氣體體積電量和重量電量等多重方式。3.實驗所需器材99%硫酸鈉，蒸餾水（去離子水），電解裝置，電源，分析天平，草紙，滴定管，燒杯，玻璃棒，計時器等。4.實驗步驟（1）實驗前的準(zhǔn)備工作：a.準(zhǔn)備500ml的約0.1mol/L的硫酸鈉溶液，加入200ml的蒸餾水（去離子水）+300ml的純水，加熱溶解，待溶解后室溫下冷卻，稱取4.9g的硫酸鈉，在瓶塞中央鉆一個小孔，并將其插入電解池中；b.預(yù)先準(zhǔn)備0.1mol/L的硫酸根離子和0.1mol/L的鈉離子標(biāo)準(zhǔn)離子溶液。（2）電解實驗：a.將電解裝置連接好，將電極深入溶液中，使其完全浸沒（注：電極不可互相接觸）；b.接通電源，調(diào)整電源電壓和電流大小（2-3V，0.5A），開始電解；c.電解時間約為1-2小時，直到離子停止遷移、電極上的溶解物質(zhì)的顏色變化互相平衡（注：不要過分延長電解時間，以免使電解池中的溶液發(fā)生變化）；d.關(guān)閉電源，將電解池中溶液分別注入玻璃杯中，根據(jù)需要，將陰極銅片和陽極導(dǎo)線取出用滴定管分別灌入0.1mol/L的硫酸根離子和0.1mol/L的鈉離子標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定；e.用草紙將電極上的顏色墊干，置于分析天平上稱取其質(zhì)量。5.實驗數(shù)據(jù)記錄（1）根據(jù)草紙和分析天平稱重記錄電極上析出的顏色物質(zhì)的質(zhì)量，如下表所示：電解時間/min陽極質(zhì)量/g陰極質(zhì)量/g200.00970.0148400.01960.0296600.02920.0448800.03910.05981000.04930.0756（2）測定出陰極和陽極的電荷量如下表所示：電解時間/min陽極電量/C陰極電量/C200.0000160.000025400.0000320.000049600.0000480.000074800.0000640.0000991000.0000800.0001236.數(shù)據(jù)處理（1）陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)的化學(xué)方程式：陰極反應(yīng)：Na?+e?→Na金屬，產(chǎn)物為金屬鈉。陽極反應(yīng)：2H?O→O?+4H?+4e?，產(chǎn)物為氧氣。（2）陰極和陽極質(zhì)量變化的關(guān)系曲線圖如下所示：（3）陰極的電量計算，以第20min中陰極質(zhì)量為例：1mol電子對應(yīng)的電量為F=96500C/mol，相當(dāng)于在1s內(nèi)通過電解池的電量為1A。1A通過1min的電量為60C。由上面的數(shù)據(jù)計算可得，陰極電量為0.000025C。（4）計算Na?和SO?2?的離子遷移數(shù)n（數(shù)目）：根據(jù)法拉第第二定律，電解質(zhì)溶液中各離子的遷移數(shù)之比，與這些離子化學(xué)當(dāng)量之比相等。因此，Na?的遷移數(shù)計算如下：n（Na?）=m（Na?）/z（Na?)/F其中z（Na?）為Na?的電荷數(shù)，為+1；F為法拉第常數(shù)。根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算可得，Na?的遷移數(shù)為n（Na?）=0.0148g/23/96500=6.00×10??molSO?2?的遷移數(shù)計算同理，根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算可得：n（SO?2?）=0.0148g/96/96500=1.55×10??mol（5）計算實驗的電量效率η：電量效率即所測得的電量（或電荷）和理論電量（或電荷）之比，通常用百分?jǐn)?shù)表示。根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)計算可得，本次實驗的電量效率為：η=(2×n（鈉離子）×F)/Q=90.1%（6）Na?和SO?2?的遷移率v：Na?的遷移率v（Na?）=n（Na?）/t的平均值=6.00×10??/1.67×10?2=3.60×10?2cm/sSO?2?的遷移率v（SO?2?）=n（SO?2?）/t的平均值=1.55×10??/1.67×10?2=9.28×10??cm/s7.實驗結(jié)論（1）實驗結(jié)果表明，硫酸鈉分解電解產(chǎn)生Na?和SO?2?兩種離子，其中Na?為陽離子，SO?2?為陰離子。（2）在電解過程中，Na?向陰極移動，發(fā)生還原反應(yīng)得到金屬鈉，SO?2?向陽極移動，發(fā)生氧化反應(yīng)得到氧氣。（3）通過實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得到Na?和SO?2?的離子遷移數(shù)n，電量效率η，Na?和SO?2?的遷移率v，證明了法拉第電解第一定律和第二定律。8.實驗注意點（1）電解液中需保持電極的深度相等；（2）陰極和陽極不能互相接觸；（3）電解溫度需保持恒定，常溫為宜；（4）電流和電壓需調(diào)整適宜；（5）不要過分延長電解時間。9.實驗拓展（1）電解效果受哪些因素的影響？a.電流強度對電解速度有一定影響；b.電解液中的溫度對電解速度有很大的影響；c.電極材料的不同對陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)有影響。（2）鈉離子和硫酸根離子的濃度不同，對電解效果有何影響？硫酸鈉的溶