电解质溶液实验报告.doc

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+ ，MnO4-等）的迁移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+2H2O=2NaOH+H2+Cl2电解水的原理： 阴极：4H+4e=2H2 阳极：4OH-4e=O2+2H2O 电解氯化铜溶液就是电解氯化铜本身: 阳极：2Cl-2e-=Cl2 阴极：Cu2+2e-=Cu 总反应方程式为：CuCl2 =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3mL0.3%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、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色的铜。阳极产生的气体可使淀粉碘化钾试纸变蓝；阴极碳棒上有红色的铜。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。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=2H2 阳极：4OH-4e=O2+2H2O1、 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 H2VO2V H2/ O2铁 片NaOH1%12V102.91.42.0724V6.83.32.06回形针NaOH1%12V102.61.22.1724V5.32.62.04 保险丝 H2SO4 1:712V106.22.72.324V16.38.02.1 保险丝 H2SO4 1:1012V 10 5.22.42.224V13.36.52.0五、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：Fe2+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，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：2H2SO4 = 2H+ + 2HSO4阳极：2H+ +2e H2H2S2O8+ H20H2SO4+H2SO5H2SO5+ H20H2SO4+ 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，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。