电解水和饱和氯化钠溶液

电解水和饱和氯化钠溶液

一、实验目的

1、复习并熟练掌握实验室中电解水和饱和氯化钠溶液的原理。

2、掌握电解水和饱和氯化钠溶液的操作方法及步骤。

3、观察电解过程中的现象以及改变实验条件对于实验的影响。

4、练习不同的实验教学法。

二、实验原理

（一）水的电解

1、电解原理

阴极反应：2H2O+ 2e- H2+ 2OH-

阳极反应：2H2O— 4e- 4H+ + O2

总反应：2H2O = 2H2 + O2

2、检验原理

根据所学知识知道理论上同样条件下生成的氢气的体积与氧气的体积之比为2:1，验证时将体积较多的一方气体：氢气，点燃，并观察火焰颜色；氧气的检验则是观察体积较少的气体能否使带火星的香复燃。

（二）氯化钠溶液的电解

1、正接

（1）电解原理

阴极（Fe）反应：2H2O+ 2e- H2+ 2OH-

阳极（C）反应： 2Cl-— 2e -Cl2

总反应：2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2+ Cl2

(2)检验

阴极的检验：用肥皂泡实验来检验氢气，酚酞试剂检验OH-。

阳极的检验：用湿润的淀粉碘化钾试纸来检验氯气。

2、不换液（即在上个实验基础上）直接反接阴阳极。

（1）电解原理

阴极（C）反应：2H2O+ 2e- H2+ 2OH-

OH-O2,H2O

阳极（Fe）反应：Fe — 2e- Fe2+Fe(OH)2Fe(OH)3

总反应：Fe + 2H2O = H2+ Fe(OH)2

（2）检验

阴极检验：用肥皂泡实验来检验氢气

阳极检验：此时阳极上铁比较于氯离子更易被氧化，所以阳极上铁被氧化，继而与上步在该电极产生的氢氧根离子反应产生白色絮状沉淀，继而变成灰绿色，将其振荡或倒出具支U形管，沉淀将变成红褐色。

3、直接反接（重新换上全新的氯化钠溶液，反接阴阳极）

（1）电解原理

阴极（C）反应: 2H2O + 2e- H2+ 2OH-

阳极（Fe）反应：Fe — 2e- Fe2+

总反应：2H2O + Fe = Fe2+ + 2OH- + H2

(2)检验

阴极检验：用肥皂泡实验来检验氢气，在具支U形管两边滴酚酞试剂检验OH-阳极检验：溶液有浅绿色变为呈黄色，亚铁离子被氧化成三价铁离子

三、实验仪器、试剂与装置

（一）仪器：霍夫曼电解水器、具支U形管、铁架台（带铁夹）、烧杯、表面皿、直流低压电源、电极、导线、导管。

霍夫曼电解水器具支U形管

（二）试剂：饱和氯化钠溶液、氢氧化钠固体、酚酞试剂、淀粉碘化钾、香、洗涤剂、火柴。

四、实验步骤

（一）水的电解

1、检查水电解器各部件，要求玻璃活塞不漏气，装电极的橡皮塞不漏液。

2、打开霍夫曼电解水上部两个旋钮，由贮液器加入5%强氧化钠溶液到刻度管中最高刻度处，赶尽气泡后关闭旋钮。

3、连接导线与直流低压电源，接通电源，观察现象。阴阳极产生的气体体积约2:1。

4、检验阴极生成的氢气。打开阴极上的旋塞，将点燃的火柴靠近刻度管口，发出了“噗噗”的声音，气体被点燃。

5、检验阳极生成的氧气。打开阳极上的旋塞，将带有火星的香靠近刻度管口，火星更加明亮。

（二）电解饱和氯化钠溶液

1、向具支U形管中滴加饱和氯化钠溶液至支管以下约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（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）

2、接通低压直流电源，可以看到电极附近有大量气泡产生。

3、实验现象：

在阴极区，溶液变红，并慢慢下沉扩散，说明阴极区溶液呈碱性；将产生的氢气经导气管导到稀释过的洗涤剂中，将会鼓出氢气的气泡，将其点燃。

在阳极区上方，用润湿的KI淀粉试纸试之，变蓝，说明在阳极区有Cl2生成。（三）不换液，在上述实验基础上反接阴阳极。

不换溶液在上述实验的基础上反接阴极和阳极，接通电源，发现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，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。

（四）重新换液，反接阴阳极。

直接反接（铁电极做阳极，石墨电极做阴极），接通电源，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。

五、注意事项

1、电解水时用的是5%的氢氧化钠溶液，约300mL，需将溶液加到刻度管中最高刻度处，尽量收集较多气体，使检验其性质使现象较明显。

2、使用霍夫曼电解器时下面两只胶塞必须塞牢，千万不能半途滑脱。

3、产气体积比和理论上的2：1不一致，主要由于以下几方面原因。

(1)两气体溶解度在20℃时不同，20℃ latm 氧气可溶31mL/L；氢气可溶18.2mL/L；

(2)电极材料不准，与氧发生了一定反应；

(3)电极上的其它副反应。

4、电压尽量高些，可以缩短演示时间。

5、电解用饱和氯化钠溶液在使用前一定要精制，这样可以除去其中的Ca2+、Mg2+，以避免在阴极附近出现白色浑浊现象。方法是：给盛有36gNaCl的烧杯中加入蒸馏水，边加热边搅拌。制成饱和溶液。待稍冷却，滴加2滴酚酞试液，再注入含有氢氧化钠和Na2CO3的混合溶液至碱性。静置数小时，待沉淀形成后过滤，将滤液加热至沸腾稍冷却后加盐酸至酚酞刚好变为无色为止。

6、电解饱和氯化钠溶液过程中，在滴加酚酞的溶液表面有时会出现一层白色的胶体，这是因为酚酞在饱和溶液中溶解度变小。

7、在使用铁电极时应及时打磨，否则无法正常进行实验，看不到正确的实验现象。

8、用淀粉碘化钾试纸检验氯气时，试纸先变蓝，而后会褪色（氯气与水反应得次氯酸，次氯酸的漂白作用）。

六、教法讨论

1、电解水的实验是一个为学生建立形成化学概念的重要实验，不仅可以使学生了解水的组成，也为学习分子的形成以及化合价等概念打下基础，所以没有霍夫曼电解器的学校也一定自己动手因陋就简地做好这个演示实验。

2、电解饱和氯化钠溶液时的正反接实验是很好的对比试验，在实验时要求学生仔细观察，在对各种情况的比较中，将使学生对电解的知识有更好的了解。

七、实验反思

1、在电解水过程中，由于电解时间不长，收集到的气体不够多，进行性质检验时现象并不很明显。

2、电解饱和氯化钠溶液时友氢气产生却未有氢气泡鼓出与洗涤剂中，可能导管有问题。