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1、 电解质溶液实验报告 YKK standardization office【YKK5AB-YKK08-YKK2C-YKK18】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（）汪 婷（）魏 琼（）单晓燕（）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
2、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
3、、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、%的高锰酸钾溶液、%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%的高锰酸
4、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%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-4 1、要待尿素完全溶解之后再加入到 U
5、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
6、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
7、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1.通入电压后，电解反应现象明显，电极表面有大
8、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 阴极：4H+4e=2H2 阳极：4OH-4e=O2+2H2O 1、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，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，
9、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。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。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
10、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 min V H2 VO2 V H2/O2 铁 片 NaOH 1%12V 10 24V 回形针 NaOH 1%12V 10 24V 保险丝 H2SO4 1:7 12V 10 24V 保险丝 H2SO4 1:10 12V 10 24V 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
11、饱和食盐水是为什么要向溶液中加入用稀硫酸酸化过的%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
12、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，?=，在碱性条件下 Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-，?=,在阳极区：4OH-=O2+H2O+4e-,?=+,Cl+2e=2Cl；?=+。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：
13、2H2SO4 =2H+2HSO4 阳极：2H+2e H2 H2S2O8+H20H2SO4+H2SO5 H2SO5+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体积水可溶解体积的氢气，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：1 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；2 每次电解时都必须将电极打磨；3 读数时
14、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
15、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
16、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%的，但大多数同学写的是%。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。