实验四、电解H2O、电解饱和NaCl溶液

电解H 2O 、电解饱和NaCl 溶液 一、实验教学目标 1．掌握演示电解H 20和电解饱和NaCl 溶液实验操作技能； 2．初步学会这两个实验的演示教学方法； 3．探索、设计电解水器的代用装置。 二、实验原理 在水溶液中，电解质通电前发生电离。通电后，离子发生定向移动，并在电极发生氧化还原反应。 1. H 20的电解 通电前，H 2O 发生部分电离：H 2O ?H ++OH - 通电后，自由移动的离子发生定向移动，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，发生氧化还原反应。 阴极反应： 2H ++2e -→H 2↑ 阳极反应： 4OH --4e -→2H 2O+O 2↑ 总反应：2H 2O2H 2↑+O 2↑ 2. 饱和NaCl 溶液的电解 通电前，H 2O 发生部分电离： H 2O ?H ++OH - NaCl 全部发生电离： NaCl==Na ++Cl - （1）阴极：Fe ，阳极：石墨电极 通电后，自由移动的离子发生定向移动，H+、Na+向阴极移动，OH-、Cl-向阳极移动，发生氧化还原反应。 阴极反应： 2H ++2e -→H 2↑ 阳极反应： 总反应：2NaCl+2H 2O H 2 （2）反接：阴极：碳棒，阳极：Fe 阴极反应： 2H ++2e -→H 2↑ 阳极反应：Fe-2e -+2OH -→Fe(OH)2↓总反应： 2H 22↓+H 2↑ （3）直接反接：阴极：碳棒，阳极：Fe 阴极反应： 2H ++2e -→H 2↑ 阳极反应： 总反应： 2H 22↓+H 2↑ 三、实验仪器、材料与试剂 霍夫曼电解水器、直流低压电源、具支U形管、带刻度试管、烧杯(250ml)、石墨电极、铁电极、导线、玻璃棒、导管、镊子、砂纸 固体NaOH、酚酞试液、淀粉KI试纸、饱和NaCl溶液 四、实验内容 1.H2O的电解(用霍夫曼电解水器电解H2O) 操作过程 ①检查霍夫曼电解水器气密性：关闭霍夫曼电解水器(图1)上部的两个旋钮，塞紧下面的塞子，然后向贮液器中加入水，观察贮液器中水面的变化。若无变化，证明气密性良好。若下降了，则应在活塞处涂抹凡士林; 图1 霍夫曼电解水器 实验现象 水位没下降 ②搭建好的霍夫曼电解水器放于实验台上，配制15%的NaOH溶液，冷却至室温后，打开霍夫曼电解水器上部两个旋钮，由贮液器加15%的NaOH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，调节电压为21V时，电解约10min; 实验现象 刻度管内有大量气泡，约10min后可看到阴极产生的气体的体积为阳极的2倍。 阳极：初始:1.00ml终止:13.00ml电解产生:12.00ml 阴极：初始:1.00ml终止:25.00ml电解产生:24.00ml ④打开阴极旋钮，调节速度使液面缓慢上升(先排一会儿，将导气管内的空气排出，防止氢气中混有空气，发生爆炸)，用向下排空气法收集气体，点燃; 实验现象 点燃后，产生爆鸣声 ⑤打开阳极旋钮，收集气体，将带火星的火柴放在试管口。 实验现象 带火星的火柴复燃 解释 阴极电解产生H2，阳极电解产生O2，且阴极产生气体的体积为阳极的2倍注意事项 ①加入的电解质并不参与电极反应，主要是为了增加导电性; ②霍夫曼电解水器使用时勿要用力，以免旋钮和横档破裂损坏; ③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，擦拭干净两旋钮内凡士林，以免旋钮被“卡住”。 2.电解饱和NaCl溶液 操作过程 如图2，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Fe阴极和石墨阳极，连接好电源。电源的正极和阳极(石墨)相连，负极和阴极(铁电极)相连，仔细查对，勿要接反，接通低压直流电源。一段时间后，用润湿的KI淀粉试纸放于阴极区上方。 图2 电解NaCl 水溶液装置 实验现象 可看到电极附近有大量气泡。在阴极区，溶液变红，在阳极区上方，用润湿的KI淀粉试纸试之，试纸变蓝。 解释 电解饱和NaCl溶液有H2和Cl2生成。阴极H+反应，溶液中剩有大量OH-，显碱性，遇酚酞变红；阳极Cl-反应生成Cl2，可将I-氧化为I2,I2遇淀粉变蓝。 注意事项 ①铁电极和石墨电极使用时，要先进行预处理，用砂纸打磨铁电极，除去铁锈，用水清洗石墨电极; ②根据红正黑负的一般规则，一定注意要将铁电极连在电源的负极; ③检验阳极产生的Cl2时，不要直接用手持淀粉KI试纸，以免与Cl2直接 接触。检验时间不宜过长，否则会看到蓝色褪去，因为Cl2可以和生成的I2进一步反应。 3.探究试验 (1)反接 操作过程 实验2在不换溶液的基础上从电源上反接阴极和阳极。 实验现象 阴极附近有气泡产生。Fe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。 解释 反接阴阳极后，阴极H+反应生成H2；铁电极做阳极，反应生成Fe2+，与实验2的阳极区内剩余的OH-反应生成Fe(OH)2白色絮状沉淀，向下移动的过程中进一步被氧化，变为灰绿色。 (2)直接反接 操作过程 直接反接，铁电极做阳极，石墨电极做阴极。 实验现象 阴极附近有气泡产生，溶液变红。电极附近没有絮状沉淀生成，电解一段时间后将具支U型管摇动，在具支U型管底部产生白色絮状沉淀，白色絮状沉淀渐渐变为灰绿色沉淀。 五、相关文献与重点文献综述 1.杨峰.电解饱和食盐水演示实验的改进. 评价：此篇文献介绍了电解饱和食盐水实验的改进，最大的优点是其将中学的实验与工业生产上的立式隔膜电解槽有机地联系起来，实现了学习与生活的有机结合。此外，这里还介绍了使用投影仪的放大作用, 使电解过程中两极产生的气泡更加明显，有效解决了演示实验过程中后排同学看不清实验的问题。 2.李静娴，陈迪妹，元立亭.电解饱和食盐水实验的优化设计. 3.陈达，庄华清.电解饱和食盐水实验的新改进. 4.吴辉芳.电解抱和食盐水实验的创意设计. 评价：这三篇文献都是基于课本中所介绍的电解饱和食盐水实验方法所存在的不足：氢气收集困难，需要时间长；检验氯气的过程不够简便也不环保。并基于这些不足，笔者给出了相应的改进措施，最终达到实验现象更加明显，所需时间更短，且实验更加绿色环保的效果。因此，这里所介绍的方法均为行之有效的好方法，皆有较大的借鉴价值。 5.李永虹.电解饱和食盐水及其应用. 评价：该篇文章是关于电解饱和食盐水的教学设计，致力于将理论教学与实验教学相结合，实现两者互补，最终达到更好的教学效果。在这个过程中可以让学生体验到科学探究的乐趣，且通过电解饱和食盐水的相关学习，可以将学习与生活相联系，学以致用。这对于我们今后从事教学有很好的指导作用。 6.罗畅，杜元珍，段昌平.电解饱和食盐水的意外现象及其探究. 评价：这篇文章是根据电解饱和食盐水所出现的意外现象而展开的，有一实验小组连在电源负极导线上的铁钉脱落掉在U 形管底, 当时未取出铁钉而在导线上重新连接了一个铁钉, 通电时U 形管底部铁钉的一端有气泡生成。通过同学们的探究，最终指出在电解池的电解质溶液中放入一根金属棒或碳棒时, 金属棒或碳棒的两端就存在电势差, 因此就有电流通过。这对我产生了很大的触动，在实验中会出现很多的意外，但我们不能逃避或者无视，而应该正视它，并做出科学的决策，这样才能收获实验的真谛与乐趣。 7.陈德善.“电解饱和食盐水演示实验”奇观. 评价：这篇文章描述了笔者在原实验结束后, 将直流电源反接(在U 型管中插入的两极保持不变)出现的四道奇观，并在最后给出科学的解释。利用这种有趣的实验能极大提高学生的学习兴趣，不仅能使学生对所学知识有更好的掌握，还能提高学生的科学素养，在我个人今后的教学中会多加应用。 8.何性刚，蔡发泉.电解饱和氯化钠溶液的一个微型实验设计. 评价：在这篇文章中介绍了一种对电解饱和氯化钠溶液进行的微型设计。将课本中的实验进行微型化改进，使得操作更加简单, 现象更加明显，且由于生成的氯气是微量的, 对空气的污染很小, 更加符合绿色化学理念。使用有趣的微型化实验会给学生留下深刻的印象, 且由于微型实验所使用的仪器较简单，因此很适宜在中学进行推广。 六、实验安全与实验体会 实验安全 1. NaOH溶液的配制是一个放热过程，溶解NaOH时避免过热溶液迸溅而腐蚀皮肤; 2. 霍夫曼电解水器所制得的H2，如未验纯，不能直接点燃，以防爆炸; 3. 实验过程，应佩戴护目镜和手套等防护工具。 实验体会 在本次中教实验中是通过霍夫曼电解水器完成电解H2O的实验的，但通过课下其他相关文献的阅读，让我了解到了许多更简易、更直观、更省时的改进实验。这不但对我个人今后进行教学演示有极大的借鉴作用，更引发了我对中学化 温馨推荐 您可前往百度文库小程序 享受更优阅读体验 不去了 立即体验 学演示实验的反思：一味的按照课本所讲的方法并不一定是最好的，做一名优秀的化学教师不仅要能演示好书中所介绍的方法，更为重要的是探索、创新出一些更优秀的新方法。在电解饱和NaCl溶液中，需要对阴极所产生的H2进行收集验证，但由于所产生H2的量很少且难以判断是否集满，故收集时存在困难，验证实验难以进行。但通过杨老师所提出的捏住橡胶管，用排开水的体积来确定所产生的H2的体积有效解决了这个问题。让我认识到中教实验虽看起来简单，但实则不易，只有通过多次实践，不断完善每一个细节，才能保证最后的成功。