電解質(zhì)溶液實驗報告

化學(xué)教學(xué)論實驗 電解質(zhì)溶液實驗報告 學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院 班級：10級化教班 組：第八組 組員： 王紅梅（） 汪 婷（） 魏 瓊（） 單曉燕（）電解質(zhì)溶液一、實驗?zāi)康?、了解電解質(zhì)溶液的化學(xué)原理，電極發(fā)生的氧化還原反應(yīng)及其產(chǎn)物；2、掌握離子遷移、電解水、電解飽和食鹽水與電解氯化銅的實驗演示技能；3、以及探究濃度、電壓、電極對電解質(zhì)溶液電解速率的影響。二、實驗原理電解質(zhì)溶液在直流電場的作用下，溶液中的離子發(fā)生定向移動，即陰離子向陽極方向移動，陽離子向陰極方向移動?？梢岳媚承┯猩x子（如Cu2+ ，MnO4-等）的遷移來演示說明溶液中離子的遷移。氯化鈉溶液在直流電場作用下，陽離子(即Na+和H+)移向陰極，陰離子（即Cl-和OH-）移向陽極。陽極反應(yīng)：2Cl- - 2e=Cl2(氧化反應(yīng)) 陰極反應(yīng)：2H+ + 2e=H2(還原反應(yīng)) 總化學(xué)反應(yīng)式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2電解水的原理： 陰極：4H+4e=2H2 陽極：4OH-4e=O2+2H2O 電解氯化銅溶液就是電解氯化銅本身: 陽極：2Cl-2e-=Cl2 陰極：Cu2+2e-=Cu 總反應(yīng)方程式為：CuCl2 =Cu + Cl2 三、 實驗用品儀器和材料：自制H形管（具支的滴定管）、小燒杯、U形管、漏斗、量筒、尖嘴玻璃管、滴定管、直流穩(wěn)壓電源、鐵架臺及附件、鐵釘電極、回形針電極、保險絲電極 彈簧夾、導(dǎo)線、碳棒電極、橡皮塞、橡皮管、托盤天平 小試管 玻璃棒 火柴 酒精燈 藥品：稀鹽酸、1:7的硫酸、1;10的硫酸、飽和硫酸銅溶液、飽和食鹽水溶液、0.3%的高錳酸鉀溶液、0.1%稀硫酸酸化的硝酸鉀溶液、1mol/L氯化銅溶液、酚酞試劑、淀粉碘化鉀試紙、尿素。四、 實驗內(nèi)容實驗名 稱實驗操作與步驟實驗現(xiàn)象實驗原理及解釋實驗裝置圖注意事項離子的移動1、 取一只潔凈的U形管，向其中倒入含尿素的硫酸銅溶液和高錳酸鉀溶液。該混合液的配制方法是：在8mL飽和硫酸銅溶液中，加入3mL0.3%的高錳酸鉀溶液，加入2g尿素，后用滴管細心而緩慢地向U形管的左右管中輪流交替的加入用稀硫酸酸化的0.1%的硝酸鉀溶液，使其高度各約為4cm左右。2、 在距離分界面1cm處插入碳棒電極，接通電源，電壓調(diào)至25V, 10min后,觀察U形管中的現(xiàn)象。陽極區(qū)有一層紫紅色溶液；而陰極區(qū)有一層淡淡的藍色溶液，碳棒上附有一層少量紅色物質(zhì)，而且碳棒上有小氣泡出現(xiàn)。在直流電場的作用下電解質(zhì)溶液中的離子會發(fā)生定向遷移，即陽離子向陰極方向移動；陰離子向陽極方向移動；故而可以利用有色離子的遷移來說明溶液中離子的遷移。因而陽極區(qū)液面聚合大量的水合銅離子。陰極區(qū)聚合大量的MnO-41、要待尿素完全溶解之后再加入到U形管中；2、加入硝酸鉀溶液要左右輪流交替的加入保證兩側(cè)液面近乎一致，3、剛開始加入時要使硝酸鉀沿U形管壁緩慢流下，這樣可以保證液面清晰；4、 電極要能觸及到電解質(zhì)溶液，電壓為25V；5、所用硝酸鉀溶液濃度要小；6、硫酸銅溶液易水解，配制硫酸銅溶液時要酸化。電解飽和食鹽水1、在U形管中注入飽和食鹽水約50ml，分別插入鐵釘，碳棒做電極，鐵釘與電源負極相連，碳棒與電源正極相連，電解前在陰極區(qū)滴入兩滴酚酞溶液，用于檢驗陰極區(qū)的產(chǎn)物。2、接通低壓直流電源20V，幾分鐘后，觀察到陰極區(qū)的溶液變?yōu)榧t色，用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗陽極區(qū)的氣體，觀察現(xiàn)象。陰極區(qū)溶液立刻變成粉紅色，陽極區(qū)支管口放出的氣體可使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{。陰極區(qū)的堿性增強，生成的Cl2使碘化鉀試紙變藍，陰極H+不斷變?yōu)镠2所以使0H-相對量增多使酚酞顯紅色，2KI+Cl2=2KCl+I2,陰極區(qū)產(chǎn)生H2,點燃發(fā)出“噗”的響聲。注意不能將陰極和陽極的電極接反了。電解氯化銅 溶液1、在U形管中注入用稀鹽酸酸化的1mol/L的CuCl2溶液約3/4管，插入碳棒做電極，接通直流電源，陽極既有氣體產(chǎn)生，用濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在管口處檢驗陽極產(chǎn)生的氣體。2、電解2-3min，停止實驗，取出陰極的碳棒，觀察電極已鍍上一層紅色的銅。陽極產(chǎn)生的氣體可使淀粉碘化鉀試紙變藍；陰極碳棒上有紅色的銅。陽極2Cl-2e-=Cl2陰極Cu2+2e-=Cu陽極產(chǎn)生Cl2與KI充分反應(yīng)使其變藍；陰極碳棒上析出銅。1、 配制CuCl2溶液時需先加入幾滴稀HCl，這樣可以防止CuCl2水解。2、 用一個燒杯固定U形管。電解水電 極（1）打開活塞和止水夾，從漏斗注入1%氫氧化鈉溶液于H形管中 ，調(diào)節(jié)液面高度至零刻度處，接通直流電源，調(diào)節(jié)電壓至12V并觀察電解速率。通電約23分鐘后，關(guān)閉電源。打開兩管活塞，放出產(chǎn)生的氣體再調(diào)節(jié)液面高度至零刻度處。（2）重新開啟電源調(diào)，進行電解，并開始計時，10分鐘后關(guān)閉電源。仔細觀察陰陽兩極產(chǎn)生氣體的情況。記錄兩極氣體的體積，關(guān)閉止水夾，打開活塞，用小試管收集陰極區(qū)產(chǎn)生的氣體，在酒精燈上點燃，做爆鳴實驗。然后將帶火星的木條置于陽極尖嘴口處，觀察現(xiàn)象。再在24V電壓下進行電解，操作步驟同上。（3）換回形針做電極，分別在12V與24V的電壓下做對比實驗，步驟同上。比較鐵釘與回形針作電極時電解速率的快慢。（4）分別用（1：10）與（1：7）的硫酸作電解質(zhì)溶液，保險絲做電極，重復(fù)進行實驗。將實驗結(jié)果記錄于下表。1.通入電壓后，電解反應(yīng)現(xiàn)象明顯，電極表面有大量氣泡產(chǎn)生，且電壓為24V時比電壓為12V時反應(yīng)更為劇烈。2.用帶火星的木條檢驗陽極區(qū)氣體時，木條復(fù)燃，說明陽極區(qū)產(chǎn)生了氧氣；用小試管收集陰極區(qū)產(chǎn)生的氣體，做爆鳴實驗，發(fā)出爆鳴聲，說明產(chǎn)生了氫氣。 陰極： 4H+4e=2H2 陽極：4OH-4e=O2+2H2O1、 裝置時，注意將管壁有刻度的一側(cè)面向自己，這樣便于讀取數(shù)據(jù)。實驗前，要在活塞處涂上凡士林，切記在孔的兩側(cè)涂少許就足夠了，以免將孔堵塞而影響實驗的正常進行。2、裝好后，打開水電解器兩側(cè)活塞，使其與大氣相通。從漏斗處倒入溶液，盡量使倒入的兩溶液液面相平并且在零刻度處。3、塞好活塞后再通電壓。4、產(chǎn)生的H2與O2在水中有一定的溶解度，會影響實驗結(jié)果。所以，記時前先接通電壓電解幾分鐘使產(chǎn)生的H2與O2在溶液中達到飽和后，關(guān)閉電源，放出氣體再重新開啟電壓進行電解，同時記下電解時間。5、每次電解前要將電極打磨6、切記陰、陽兩極不能互換。電解材料電解質(zhì)濃 度電 壓 V電解時間minV H2VO2V H2/ O2鐵 片NaOH1%12V102.91.42.0724V6.83.32.06回形針NaOH1%12V102.61.22.1724V5.32.62.04 保險絲 H2SO4 1:712V106.22.72.324V16.38.02.1 保險絲 H2SO4 1:1012V 10 5.22.42.224V13.36.52.0五、思考題1. 向溶液中加入尿素的作用?是否可用其他物質(zhì)代替？答：1、加入尿素的作用是增加溶液的比重，使混合液和硝酸鉀界面更加清晰；2、可以用其他物質(zhì)代替，需滿足的條件是：a.非電解質(zhì)；b.與KMnO4和CuSO4均不反應(yīng)；c.溶于水；d.無色物質(zhì)，如蔗糖可以作為代替物。2.在做電解飽和食鹽水是為什么要向溶液中加入用稀硫酸酸化過的0.1%的硝酸鉀溶液，而且要左右輪流交替的加入？答：第一，選擇1%的硝酸鉀溶液的原因有三點：硝酸鉀溶液沒有顏色，便于觀察有色離子的移動；硝酸鉀溶液不參與電解;1%的硝酸鉀溶液密度比較小，可以使界面保持清晰。第二，由于電解作用，會使得銅離子移動到1%的硝酸鉀溶液中，銅離子易水解形成氫氧化銅絮狀沉淀，為此需要進行酸化抑制其水解。而用稀硫酸是因為硫酸根離子不參與電解。第三，輪流交替在U型管中加入1%的硝酸鉀溶液的目的是為了讓兩邊液面一樣高，便于觀察離子移動。3.電解飽和食鹽水時，為什么在陰極區(qū)滴加酚酞試液后溶液會變?yōu)榧t色？答：陰極區(qū)因H+發(fā)生電解反應(yīng)而被消耗，故OH-濃度增大，滴入酚酞后溶液變紅。4電解飽和食鹽水時為何碳棒作陽極，鐵片作陰極？答：因為在酸性條件下：Fe2+2e-=Fe， =-0.409V ， 在堿性條件下Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-，=-0.877V,在陽極區(qū)：4OH-= O2+ H2O+ 4e- ,=+0.401V,Cl+2e=2Cl；=+1.3583V。 若用鐵作陽極，無論在酸性還是堿性條件下，都是電極本身放電，即電極本身參與了反應(yīng)而被消耗，因此，電解時往往用惰性導(dǎo)電材料作為陽極。 5.分析電解水，所得H2和O2比例偏離2:1的因素？答：電解水，所得氫氣和氧氣體積比值偏離2：1主要是由于氧氣體積偏低，造成氧氣體積偏低的主要原因是由于副反應(yīng)所造成的：陰極：2H2SO4 = 2H+ + 2HSO4陽極：2H+ +2e H2H2S2O8+ H20H2SO4+H2SO5H2SO5+ H20H2SO4+ H2O2陽極處所生成的過氧化氫在酸性溶液里比較穩(wěn)定，不易分解出氧，所以氧氣的體積就偏低了。第二個原因就是氫氣與氧氣在水溶液中有一定的溶解度。1體積水可溶解0.02體積的氫氣，0.03體積的氧氣，氧氣比氫氣在水中的溶解度大。6.電解水時采取什么措施，使得體積比接近2:1？答：由于H2和O2在都有一定的溶解度，所以記時前應(yīng)該先接通電源電解幾分鐘左右，使H2和O2在溶液中達到飽和，打開活塞，放出所產(chǎn)生的氣體，然后再進行后續(xù)電解；每次電解時都必須將電極打磨；讀數(shù)時一定要準確，視線與液體凹液面平行。7.探索電解水時電解質(zhì)溶液濃度和電壓的最佳條件？答：根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，比較幾種不同材料作電極，不同溶液作電解質(zhì)溶液的電解水產(chǎn)生氣體的體積，可以清楚的看出，當電解質(zhì)溶液濃度相同時（即都是1%的NaOH(aq)）,電壓為24V，產(chǎn)生的H2和O2的體積比更接近理論值。當電極相同時，電解質(zhì)溶液濃度不同，電壓相同時，濃度小的實驗結(jié)果更接近理論值，適宜濃度為：1:10的HSO4;當電極相同，電解質(zhì)溶液濃度相同，而電壓不同時，電壓大的實驗結(jié)果更接近理論值，適宜電壓：24V.實驗反思在這次實驗準備過程中，由于四個電解實驗，每個實驗都只做了一遍，導(dǎo)致在給學(xué)生講解實驗時，以及解決一些實驗過程中的突發(fā)事件時，并沒有及時，正確，妥善地處理好。由于一些粗心，在做電解飽和氯化銅的試驗時，電極的正負裝反了，導(dǎo)致實驗過程中沒有出現(xiàn)現(xiàn)象。在探索的過程中，我們小組發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，齊心協(xié)力，合作交流解決問題，將團隊精神發(fā)揮得很好，我們互相學(xué)習(xí)，在本次試驗過程中受益很大。電解質(zhì)溶液實驗總結(jié):（一）、作過程中出現(xiàn)的問題:1、在做離子遷移的實驗時，我們強調(diào)在滴加KNO3溶液時要輪流交替的沿U型管壁滴加但有的同學(xué)還是懸空滴加，甚至有個別同學(xué)邊加邊振蕩。2、在做電解水的實驗時，有個別小組把裝置還沒有裝好就加電解質(zhì)溶液，導(dǎo)致溶液灑在實驗桌上。3、在檢驗陰、陽極產(chǎn)物時，把產(chǎn)物弄混，檢驗不出現(xiàn)象。（二）、預(yù)習(xí)報告中出現(xiàn)的問題：1、預(yù)習(xí)報告中有些同學(xué)還在寫實驗準備，實驗準備只需實驗準備小組同學(xué)寫，其他人不需要寫。2、做完實驗后個別同學(xué)沒有完善預(yù)習(xí)報告中的實驗現(xiàn)象。（