水、饱和氯化钠溶液的电解实验报告

水、饱和氯化钠溶液的电解

一、实验目的

1、掌握演示电解水和电解饱和食盐水实验操作技能；

2、初步掌握这两个实验的讲解方法；探索、设计电解水器的代用装置。

二、实验原理

1、水的电解：

阴极反应：4H+＋4e-→2H2↑

阳极反应：4OH-－4e-→2H2O＋O2↑

总反应：2H2O 通电2H2↑＋O2↑

电解水时，加入的电解质并不参与电极反应，主要是为了增加导电性。浓度过低，达不到效果，以5%以上为宜。

2、饱和NaCl溶液的电解：

i正接：阴极：Fe；阳极：碳棒。

阴极反应：2H+＋2e-→H2↑

阳极反应：2Cl-－2e-→Cl2↑

总反应：2NaCl+2H2O 通电H2↑+Cl2↑+2NaOH

ii反接：阴极：碳棒；阳极：Fe。

阴极反应：2H+＋2e-→H2

阳极反应：Fe－2e-→Fe(OH)2↓

总反应：2H2O ＋Fe通电Fe(OH)2↓+H2↑

iii直接反接：阴极：碳棒；阳极：Fe。

阴极反应：2H+＋2e-→H2

阳极反应：Fe－2e-→Fe2+

总反应：2H2O ＋Fe 通电Fe(OH)2↓+H2

三、主要仪器、材料与药品

霍夫曼电解水器、直流低压电源、具支U形管、烧杯石墨电极、铁电极、导线。

固体NaOH、酚酞试液、淀粉KI试纸、饱和NaCl溶液。

四、实验内容

1、水的电解

i使用霍夫曼电解水器电解水

使用前，先用水检验霍夫曼电解水器（图一）的气密性。方法是将上部的两个旋钮关闭，塞紧下面的塞子，从贮液器加入水，到一定高度时，在贮液器液面处做一标记，数分钟后看液面是否下降，若不下降则说明气密性良好，否则需要给旋钮涂抹凡士林，并检查塞子是否塞好。

打开霍夫曼电解水器上部的两个旋钮，加水加到最高刻度处，量取加入水的体积，这就是需要加入的5%的NaOH溶液的体积。

配制5%的NaOH溶液，冷却至室温后，由贮液器加入5%的NaOH溶液到刻度管的最高刻度处，赶尽气泡后关闭旋钮，连接导线与低压直流电源。接通电源，调解电压为20V（电压范围为14~24V，但是20V时，现象最为明显）时，可看到刻度管内有大量的气泡放出，电解大约有1-2cm气柱时停止电解，静置一会使管内的气泡全部上升后，将气体放出。

图1.1霍夫曼电解水器

再次接通电源开始电解，约10min，可以看到阴极产生的气体的体积为阳极的2倍

ii检验电解出来的气体

打开阴极旋钮，调节速度使液面缓慢上升（先徘一会，将导气管内的空气排出，防止氢气中混有空气，发生爆炸），在阴极的尖嘴处点燃(若尖嘴口太大，可用比尖嘴稍细一点的木棍塞上使气体能够出来，而空气不能够进去)，用干燥的小烧杯罩住火焰，看到烧杯壁上有水雾生成，说明阴极生成的是H2。

打开阳极旋钮，调节速度使液面缓慢上升，将带火星的木条放在阳极的小型漏斗内，发现木条复燃，说明阳极生成的是O2。

图1.2气体体积比2:1 图1.3阴极气体燃烧图1.4阳极气体助燃

2、饱和NaCl溶液的电解

如图二所示，向具支U形管中滴加饱和NaCl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，用水清洗石墨电极），接通低压直流电源（6~12V）。可以看到电极附近有大量气泡产生。在阴极区，溶液变红，说明阴极区溶液呈碱性；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。

图2.1 电解NaCl水溶液装置图2.2电解NaCl水溶液现象

3、探究实验

i不换溶液在上述实验的基础上反接阴极和阳极，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。

图3.1(反接)电解NaCl水溶液现象

ii直接反接（铁电极做阳极，石墨电极做阴极），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，在具支U形管底部生成灰绿色沉淀。该过程为：电解产生的Fe2+被向阴极移动与向阳极移动的OH-反应，生成Fe(OH)2，溶液中的氧化性物质会将Fe(OH)2氧化成Fe(OH)3，所以底部有灰绿色沉淀生成。

图3.2(直接反接)电解NaCl水溶液现象

五、注意事项

1、实验完毕，一定要用水冲洗干净霍夫曼电解水器中残留的酸碱液，以

免旋钮被“卡住”。

2、电解水时，若有低压直流电源，调高电压，可缩短演示时间，通常调

在12~24V之间。若用干电池，可4节串联为6V使用。

3、电解NaCl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。