1、化学教学论实验电解质溶液实验报告学院：化学化工学院班级：10 级化教班 组：第八组组员： 王红梅（12010240089）汪 婷（12010240059）魏 琼（12010240076）单晓燕（12010240088）电解质溶液一、实验目的1、了解电解质溶液的化学原理，电极发生的氧化还原反应及其产物；2、掌握离子迁移、电解水、电解饱和食盐水与电解氯化铜的实验演示技能；3、以及探究浓度、电压、电极对电解质溶液电解速率的影响。二、实验原理电解质溶液在直流电场的作用下，溶液中的离子发生定向移动，即阴离子向阳极方向移动，阳离子向阴极方向移动。可以利用某些有色离子（如 Cu2+ ，MnO 4-等）的迁移
2、来演示说明溶液中离子的迁移。氯化钠溶液在直流电场作用下，阳离子(即 Na+和 H+)移向阴极，阴离子（即Cl-和 OH-）移向阳极。阳极反应：2Cl - - 2e=Cl2(氧化反应) 阴极反应：2H + + 2e=H2(还原反应) 总化学反应式：2NaCl+2H 2O=2NaOH+H2+Cl 2电解水的原理： 阴极：4H +4e=2H 2 阳极：4OH -4e=O 2+2H 2O电解氯化铜溶液就是电解氯化铜本身:阳极：2Cl -2e-=Cl2阴极：Cu 2+2e-=Cu总反应方程式为：CuCl 2 =Cu + Cl2 三、 实验用品仪器和材料：自制 H 形管（具支的滴定管） 、小烧杯、 U 形
3、管、漏斗、量筒、尖嘴玻璃管、滴定管、直流稳压电源、铁架台及附件、铁钉电极、回形针电极、保险丝电极 弹簧夹、导线、碳棒电极、橡皮塞、橡皮管、托盘天平 小试管 玻璃棒 火柴 酒精灯 药品：稀盐酸、1:7 的硫酸、1;10 的硫酸、饱和硫酸铜溶液、饱和食盐水溶液、0.3% 的高锰酸钾溶液、0.1%稀硫酸酸化的硝酸钾溶液、1mol/L 氯化铜溶液、酚酞试剂、淀粉碘化钾试纸、尿素。四、 实验内容实验名 称实验操作与步骤 实验现象 实验原理及解释实验装置图注意事项离子的移动1、 取一只洁净的 U 形管，向其中倒入含尿素的硫酸铜溶液和高锰酸钾溶液。该混合液的配制方法是：在 8mL 饱和硫酸铜溶液中，加入3m
4、L0.3%的高锰酸钾溶液，加入 2g 尿素，后用滴管细心而缓慢地向 U形管的左右管中轮流交替的加入用稀硫酸酸化的 0.1%的硝酸钾溶液，使其高度各约为 4cm 左右。2、 在距离分界面 1cm处插入碳棒电极，接通电源，电压调至 25V, 10min 后,观察 U 形管中的现象。阳极区有一层紫红色溶液；而阴极区有一层淡淡的蓝色溶液，碳棒上附有一层少量红色物质，而且碳棒上有小气泡出现。在直流电场的作用下电解质溶液中的离子会发生定向迁移，即阳离子向阴极方向移动；阴离子向阳极方向移动；故而可以利用有色离子的迁移来说明溶液中离子的迁移。因而阳极区液面聚合大量的水合铜离子。阴极区聚合大量的 MnO-41、
5、要待尿素完全溶解之后再加入到 U 形管中；2、加入硝酸钾溶液要左右轮流交替的加入保证两侧液面近乎一致，3、刚开始加入时要使硝酸钾沿 U 形管壁缓慢流下，这样可以保证液面清晰；4、 电极要能触及到电解质溶液，电压为 25V；5、所用硝酸钾溶液浓度要小；6、硫酸铜溶液易水解，配制硫酸铜溶液时要酸化。电解饱和食盐水1、在 U 形管中注入饱和食盐水约 50ml，分别插入铁钉，碳棒做电极，铁钉与电源负极相连，碳棒与电源正极相连，电解前在阴极区滴入两滴酚酞溶液，用于检验阴极区的产物。2、接通低压直流电源 20V，几分钟后，观察到阴极区的溶液变为红色，用湿润的淀粉碘化钾试纸检验阳极区的气体，观察现象。阴极区
6、溶液立刻变成粉红色，阳极区支管口放出的气体可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。阴极区的碱性增强，生成的Cl2 使碘化钾试纸变蓝，阴极H+不断变为 H2所以使 0H-相对量增多使酚酞显红色，2KI+Cl2=2KCl+I2,阴极区产生H2,点燃发出“噗”的响声。注意不能将阴极和阳极的电极接反了。电解氯化铜 溶液1、在 U 形管中注入用稀盐酸酸化的 1mol/L的 CuCl2 溶液约 3/4 管，插入碳棒做电极，接通直流电源，阳极既有气体产生，用湿润的淀粉碘化钾试纸放在管口处检验阳极产生的气体。2、电解 2-3min，停止实验，取出阴极的碳棒，观察电极已镀上一层红阳极产生的气体可使淀粉碘化钾试纸变蓝；阴极
7、碳棒上有红色的铜。阳极 2Cl-2e-=Cl2阴极 Cu2+2e-=Cu阳极产生 Cl2与 KI 充分反应使其变蓝；阴极碳棒上析出铜。1、配制 CuCl2 溶液时需先加入几滴稀 HCl，这样可以防止 CuCl2水解。2、用一个烧杯固定 U 形管。色的铜。电解水电 极（1）打开活塞和止水夹，从漏斗注入 1%氢氧化钠溶液于 H 形管中 ，调节液面高度至零刻度处，接通直流电源，调节电压至 12V 并观察电解速率。通电约 23 分钟后，关闭电源。打开两管活塞，放出产生的气体再调节液面高度至零刻度处。（2）重新开启电源调，进行电解，并开始计时，10 分钟后关闭电源。仔细观察阴阳两极产生气体的情况。记录两
8、极气体的体积，关闭止水夹，打开活塞，用小试管收集阴极区产生的气体，在酒精灯上点燃，做爆鸣实验。然后将带火星的木条置于阳极尖嘴口处，观察现象。再在24V 电压下进行电解，操作步骤同上。（3）换回形针做电极，分别在 12V 与 24V 的电压下做对比实验，步骤同上。比较铁钉与回形针作电极时电解速率的快慢。（4）分别用（1：10）与（1：7）的硫酸作电解质溶液，保险丝做电极，重复进行实验。将实验结果记录于下表。1.通入电压后，电解反应现象明显，电极表面有大量气泡产生，且电压为24V 时比电压为12V 时反应更为剧烈。2.用带火星的木条检验阳极区气体时，木条复燃，说明阳极区产生了氧气；用小试管收集阴极
9、区产生的气体，做爆鸣实验，发出爆鸣声，说明产生了氢气。阴极： 4H +4e=2H 2 阳极：4OH -4e=O 2+2H 2O1、装置时，注意将管壁有刻度的一侧面向自己，这样便于读取数据。实验前，要在活塞处涂上凡士林，切记在孔的两侧涂少许就足够了，以免将孔堵塞而影响实验的正常进行。2、装好后，打开水电解器两侧活塞，使其与大气相通。从漏斗处倒入溶液，尽量使倒入的两溶液液面相平并且在零刻度处。3、塞好活塞后再通电压。4、产生的 H2与 O2在水中有一定的溶解度，会影响实验结果。所以，记时前先接通电压电解几分钟使产生的 H2与 O2在溶液中达到饱和后，关闭电源，放出气体再重新开启电压进行电解，同时记
10、下电解时间。5、每次电解前要将电极打磨 6、切记阴、阳两极不能互换。电解材料 电解质 浓 度 电 压V电解时间minV H2VO2 V H2/ O212V 2.9 1.4 2.07铁 片 NaOH 1%24V106.8 3.3 2.0612V 2.6 1.2 2.17回形针 NaOH 1%24V105.3 2.6 2.0412V 6.2 2.7 2.3 保险丝H2SO41:7 24V 10 16.3 8.0 2.112V 5.2 2.4 2.2 保险丝H2SO41:10 24V10 13.3 6.5 2.0五、思考题1. 向溶液中加入尿素的作用?是否可用其他物质代替？答：1、加入尿素的作用是增
11、加溶液的比重，使混合液和硝酸钾界面更加清晰；2、可以用其他物质代替，需满足的条件是：a.非电解质；b.与 KMnO4和CuSO4均不反应；c.溶于水；d.无色物质，如蔗糖可以作为代替物。2.在做电解饱和食盐水是为什么要向溶液中加入用稀硫酸酸化过的 0.1%的硝酸钾溶液，而且要左右轮流交替的加入？答：第一，选择 1%的硝酸钾溶液的原因有三点：硝酸钾溶液没有颜色，便于观察有色离子的移动；硝酸钾溶液不参与电解; 1% 的硝酸钾溶液密度比较小，可以使界面保持清晰。第二，由于电解作用，会使得铜离子移动到 1%的硝酸钾溶液中，铜离子易水解形成氢氧化铜絮状沉淀，为此需要进行酸化抑制其水解。而用稀硫酸是因为硫
12、酸根离子不参与电解。第三，轮流交替在 U 型管中加入 1%的硝酸钾溶液的目的是为了让两边液面一样高，便于观察离子移动。3.电解饱和食盐水时，为什么在阴极区滴加酚酞试液后溶液会变为红色？答：阴极区因 H+发生电解反应而被消耗，故 OH-浓度增大，滴入酚酞后溶液变红。4电解饱和食盐水时为何碳棒作阳极，铁片作阴极？答：因为在酸性条件下：Fe 2+2e-=Fe， =-0.409V ， 在碱性条件下Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-，=-0.877V,在阳极区：4OH -= O2+ H2O+ 4e- ,=+0.401V,Cl+2e=2Cl；=+1.3583V。若用铁作阳极，无论在酸性还是碱性条件下，
13、都是电极本身放电，即电极本身参与了反应而被消耗，因此，电解时往往用惰性导电材料作为阳极。 5.分析电解水，所得 H2 和 O2 比例偏离 2:1 的因素？答：电解水，所得氢气和氧气体积比值偏离 2：1 主要是由于氧气体积偏低，造成氧气体积偏低的主要原因是由于副反应所造成的：阴极：2H 2SO4 = 2H+ + 2HSO4阳极：2H + +2e H 2H2S2O8+ H20H 2SO4 + H 2SO5H2SO5 + H20H 2SO4 + H2O2阳极处所生成的过氧化氢在酸性溶液里比较稳定，不易分解出氧，所以氧气的体积就偏低了。第二个原因就是氢气与氧气在水溶液中有一定的溶解度。1 体积水可溶解
14、 0.02 体积的氢气，0.03 体积的氧气，氧气比氢气在水中的溶解度大。6.电解水时采取什么措施，使得体积比接近 2:1？答： 由于 H2和 O2在都有一定的溶解度，所以记时前应该先接通电源电 1解几分钟左右，使 H2和 O2在溶液中达到饱和，打开活塞，放出所产生的气体，然后再进行后续电解； 每次电解时都必须将电极打磨； 读数时一定要准 2 3确，视线与液体凹液面平行。7.探索电解水时电解质溶液浓度和电压的最佳条件？答：根据记录的数据，比较几种不同材料作电极，不同溶液作电解质溶液的电解水产生气体的体积，可以清楚的看出，当电解质溶液浓度相同时（即都是 1%的 NaOH(aq)）,电压为 24V
15、，产生的 H2和 O2的体积比更接近理论值。当电极相同时，电解质溶液浓度不同，电压相同时，浓度小的实验结果更接近理论值，适宜浓度为：1:10 的 HSO4;当电极相同，电解质溶液浓度相同，而电压不同时，电压大的实验结果更接近理论值，适宜电压：24V.实验反思在这次实验准备过程中，由于四个电解实验，每个实验都只做了一遍，导致在给学生讲解实验时，以及解决一些实验过程中的突发事件时，并没有及时，正确，妥善地处理好。由于一些粗心，在做电解饱和氯化铜的试验时，电极的正负装反了，导致实验过程中没有出现现象。在探索的过程中，我们小组发现问题，提出问题，齐心协力，合作交流解决问题，将团队精神发挥得很好，我们互
16、相学习，在本次试验过程中受益很大。电解质溶液实验总结:（一） 、作过程中出现的问题:1、在做离子迁移的实验时，我们强调在滴加 KNO3 溶液时要轮流交替的沿 U型管壁滴加但有的同学还是悬空滴加，甚至有个别同学边加边振荡。2、在做电解水的实验时，有个别小组把装置还没有装好就加电解质溶液，导致溶液洒在实验桌上。3、在检验阴、阳极产物时，把产物弄混，检验不出现象。（二） 、预习报告中出现的问题：1、预习报告中有些同学还在写实验准备，实验准备只需实验准备小组同学写，其他人不需要写。2、做完实验后个别同学没有完善预习报告中的实验现象。（三） 、实验报告中出现的问题：1、实验时所用 KMnO4 溶液是 0.3%的，但大多数同学写的是 0.5%。2、很多同学没有把电解水的实验步骤写完，只写了电解 NaOH 溶液，没有写换电极、换电解质溶液的过程。3、有个别同学在实验现象与现象解释后写的是同上。4、实验装置图只画一个，其他的不画，写的是同上。5、离子方程式书写不正确。7、有些同学没有写实验总结和实验反思。总的来说大家的实验报告完成的不错，在实验操作过程中也没有出现大的问题。在大家的积极配合下我们小组的实验也比较成功的完成。
