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实验 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;探索、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 ?2H? 2--阳极反应:4OH,4e ?2HO，O? 22 总反应:2HO 通电 2H?，O? 222 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 ?H? 2--阳极反应:2Cl,2e ?Cl? 2 ?+Cl?+2NaOH 总反应:2NaCl+2HO 通电 H222 ii 反接:阴极:碳棒;阳极:Fe。 +-阴极反应:2H，2e ?H 2-阳极反应:Fe,2e ?Fe(OH)? 2 总反应: 2HO ，Fe 通电 Fe(OH)?+H? 222 iii 直接反接:阴极:碳棒;阳极:Fe。 +-阴极反应:2H，2e ?H 2-2+阳极反应:Fe,2e ?Fe 总反应:2HO ，Fe 通电 Fe(OH)?+H 222 三、 主要仪器、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 1 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 ，用干燥的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)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H。 2 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O。 2 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Cl生成。 2 2 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)在向Fe(OH)转变。溶液中的氧化性物质渐渐将Fe(OH)氧化232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)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22+具支U形管底部生成灰绿色沉淀。该过程为:电解产生的Fe被向阴极移动与-向阳极移动的OH反应，生成Fe(OH)，溶液中的氧化性物质会将Fe(OH)氧化22成Fe(OH)，所以底部有灰绿色沉淀生成。 3 3 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。 4 5