電解硫酸銅溶液

中學(xué)生自主探究電解硫酸銅實(shí)驗(yàn)作者：新余四中 劉趁楨一引言：同學(xué)們總是在為課本上的實(shí)驗(yàn)興嘆的同時(shí)，也想自己嘗試，但當(dāng)發(fā)現(xiàn)手頭上的材料不夠時(shí)，總想著去買(mǎi)，其實(shí)不用大功率的直流電源了，你只需要三節(jié)電池和下述相關(guān)材料就可以了。當(dāng)然，收獲知識(shí)才是最重要的。自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)對(duì)初三升入高中的同學(xué)進(jìn)一步學(xué)習(xí)電化學(xué)是有幫助的.下面我從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始介紹，再提供例題供學(xué)電化學(xué)的同學(xué)參考.二實(shí)驗(yàn)?zāi)康模好鞔_電解池中使用惰性電極c電解硫酸銅溶液制硫酸的實(shí)質(zhì)。實(shí)驗(yàn)器材：4.5v電源，(0.2A直流電)，電流表（03A)CuSO4.5H2O晶體，200ML蒸餾水，碳（石墨）棒（市場(chǎng)上的圓規(guī)鉛筆芯2b可替代)，PH試紙廣泛114，導(dǎo)線若干（帶鱷魚(yú)夾）。開(kāi)關(guān)。托盤(pán)天平。（100g最大稱(chēng)量MAX），量筒100ML.CuSO4溶液 通電 一.實(shí)驗(yàn)原理：1.總反應(yīng) CuSO4+2H2O =2 Cu（陰極）+2H2SO4+O2 2.電解池（燒杯）中的反應(yīng)分析離子方程式：碳棒屬于溶液中的cu2+與OH-分別得失電子，由于（放電能力）cu2+H+，OH-SO42-，因此陰極上的Cu2+放電生成Cu，陽(yáng)極上的OH-放電生成O2，電極反應(yīng)如下：陰極（與電源負(fù)極相連）2Cu2+4e - = 2Cu 陽(yáng)極：（與電源正極相連）4OH-4 e - =O2 +2H2O 三.實(shí)驗(yàn)步驟。根據(jù)硫酸銅（五水合晶體）在三十?dāng)z氏度的溶解度為37.8g使用托盤(pán)天平（100gMAX)稱(chēng)量75.6g五水合硫酸銅晶體用紙倒入燒杯中，并用玻璃棒轉(zhuǎn)移晶體，量桶分兩次量取100ML蒸餾水，倒入燒杯中（BOMEX,250ML),用玻璃棒攪拌充分溶解，制得其濃溶液。將兩根石墨電極棒分別用鱷魚(yú)夾夾住位于燒杯的兩側(cè)如圖，后閉合開(kāi)關(guān)，檢查電流表視數(shù)是否過(guò)大或過(guò)小，過(guò)大則說(shuō)明短路，過(guò)小則可能是接觸不良或電池電壓過(guò)小，建議在電源兩端并聯(lián)一個(gè)（015v）的電壓表 （用來(lái)檢測(cè)路端電壓）。檢查完畢后即可開(kāi)始電解工作。如圖所示。四實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開(kāi)始電解15min后，陽(yáng)極有少量氣泡出現(xiàn)，陰極有少量紅色物質(zhì)生成。具體如下。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行日期PH值陰極陽(yáng)極總體現(xiàn)象6.545出現(xiàn)極少量紅色物質(zhì)附著有極少量的氣泡產(chǎn)生無(wú)明顯現(xiàn)象6.1043出現(xiàn)較少紅色物質(zhì)碳棒斷裂，原陽(yáng)極位置液面上漂浮著少量氣泡更換新碳棒液面有所下降，下降了約15ML6.1532碳棒表面附著一層紅色物質(zhì)，易剝落（疑似有氫氣產(chǎn)生）碳棒斷裂，更新碳棒，有較多氣泡勻速?gòu)臉O上浮液面下降至160ML6.191碳棒上有較多紅色物質(zhì)，取出后5h暴露在富含co2的濕潤(rùn)環(huán)境下，表面附著一層翠綠色的物質(zhì)Cu2（OH）2CO3堿式碳酸銅碳棒斷裂，更新碳棒，更新電池后，電流表示數(shù)增大，單位時(shí)間氣泡數(shù)增多液面降至140ML酸性較強(qiáng)反應(yīng)后反思：1為什么陽(yáng)極碳棒易斷裂：由于陽(yáng)極生成的氣體以小氣泡的形式溢出，易使石墨沿片層之間斷裂（石墨片層間主要是以分子間作用力維系）2.為什么會(huì)有藍(lán)綠色物質(zhì)生成：由于房間濕氣重，CO2濃度高，易生成銅銹（堿式碳酸銅）Cu2(OH)2CO3眼鏡框上鼻托上的綠點(diǎn)就是它在作怪. 拓展：1.若想使電解質(zhì)恢復(fù)原狀態(tài)，遵循“缺什么補(bǔ)什么”的原則，一般加入陰極產(chǎn)物（Cu）與陽(yáng)極產(chǎn)物（O2）兩物質(zhì)中元素組成的化合物，可加入CuO，CuCO3,但不可加Cu(OH)2,Cu2(OH)2CO3,這些物質(zhì)會(huì)使溶液中的水增多，到溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小。2.當(dāng)硫酸銅中的銅離子全部放電析出時(shí)時(shí)，要考慮恢復(fù)原狀態(tài)時(shí)，可用Cu(OH)，因?yàn)榻酉聛?lái)是電解硫酸溶液，將會(huì)有水消耗，要保持【Cu2+】（濃度）不變，可考慮用此，或加了 CuO后加一定量的水，亦或是加堿式碳酸銅。3.電解順序是先電解硫酸銅，再電解硫酸.舉個(gè)例子：如圖電解一定量的硫酸銅溶液的實(shí)驗(yàn)裝置如圖，電解的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖，橫坐標(biāo)表示電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，縱坐標(biāo)表示電解過(guò)程中產(chǎn)生氣體的總體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）則下列說(shuō)法正確的是：A開(kāi)始時(shí)b電極有紅色物質(zhì)析出，而后有氣泡產(chǎn)生Ba電極上的電子經(jīng)溶液流向b極再流入直流電源C曲線PQ段表示產(chǎn)生H2和O2的體積比為1：2D從開(kāi)始到Q點(diǎn)收集到的混合氣體中有0.1mol氧氣根據(jù)電子流向知，a為陰極、b為陽(yáng)極，開(kāi)始時(shí)，陰極上銅離子放電、陽(yáng)極上氫氧根離子放電，所以電池反應(yīng)式為2Cu2+2H2O=電解Cu+O2+4H+，當(dāng)銅離子完全放電后，再繼續(xù)電解相當(dāng)于電解水，電池反應(yīng)式為2H2O電解 2H2+O2，所以從O到P點(diǎn)，生成的氣體為氧氣，從P到Q點(diǎn)生成的氣體是氧氣和氫氣， P點(diǎn)收集到n（O2）=1.12Lx2.4L/mol=0.05mol，從P到Q收集到氣體體積=4.48L-1.12L=3.36L，其物質(zhì)的量=3.36Lx22.4l/mol=0.15mol，根據(jù)2H2O電解=2H2+O2，從P到Q收集的氫氣和氧氣物質(zhì)的量之比為2：1，則從P到Q點(diǎn)收集到的氫氣物質(zhì)的量是0.1mol、氧氣的物質(zhì)的量是0.05mol，. Ab為陽(yáng)極，陽(yáng)極上電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=4H+O2，所以b電極上只有無(wú)色氣泡生成，故A錯(cuò)誤；B電子不進(jìn)入電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液中陰陽(yáng)離子定向移動(dòng)形成電流，故B錯(cuò)誤；C曲線PQ段實(shí)質(zhì)上是電解水，所以表示產(chǎn)生H2和O2的體積比