饱和氯化钠溶液的电解

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1、饱和氯化钠溶液的电解陈妙（2009 级 4 班第二实验小组，13991931585）一、实验目的1.巩固、加深对电解原理的理解；2.掌握工业上利用电解饱和食盐水制取烧碱和氯气的原理。3.掌握演示电解饱和食盐水的实验操作技能；4.初步掌握这两个实验的讲解方法。二、实验原理1.反应原理：在食盐水里存在着 Na 、H 和 Cl、OH，当接通直流电源后，Cl、OH移向阳极，Na 、H 移向阴极。根据常见阴离子失去电子次序，可知阳极 Cl较易失电子，失去电子生成 Cl2；根据金属活动顺序表，可知阴极 H 较易得电子，得到电子生成 H2，所以在阴极附近水的电离平衡被破坏，溶液里的 OH数目相对增多 ，溶液

2、显碱性。由以上分析，可知电解饱和 NaCl 溶液的反应有：阳极（石墨电极）反应： 2Cl- - 2e- Cl2阴极（铁电极）反应： 2H+ + 2e- H2总反应： 2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH电电2.检验原理：阳极产物检验：用湿润的淀粉 KI 试纸检验生成的 Cl2，反应方程式为：Cl2 + 2KI 2KCl + I2,反应生成的 I2 能使湿润的淀粉 KI 试纸变蓝。阴极产物检验：用点燃的方法检验 H2，火焰为淡蓝色；用酚酞试液检验生成的 OH-，溶液呈红色。三、主要仪器、材料与药品直流低压电源、具支 U 形管、石墨电极、铁电极、导线、烧杯、玻璃棒、酚酞试液、

3、淀粉 KI 试纸、NaCl 饱和溶液四、实验操作和步骤1.检查装置气密性 将具支 U 形管倒插入水槽中，用手握住其上部一会，若有气泡冒出，说明其气密性良好。 2.向具支 U 形管中滴加饱和 NaCl 溶液至支管以下约 2cm 处，并从两管口各滴加 2 滴酚酞试液，装上铁阴极和石墨阳极连接导线与直流低压电源；3.连接导线与低压直流电源，调节电压为 12V，打开电源，开始反应。4.实验现象 可观察到电极附近有大量气泡产生。在阴极区，溶液变红，在阳极区上方，放出的气体有刺激性气味，用润湿的 KI 淀粉试纸试之，变蓝。反应方程式：阳极（石墨电极）反应： 2Cl- - 2e- Cl2阴极（铁电极）反应：

4、 2H+ + 2e- H2总反应： 2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH电电检验氯气反应： Cl2 + 2KI 2KCl + I2实验装置如下图所示： 图一 电解饱和 NaCl 水溶液装置五、注意事项1.电解用饱和 NaCl 溶液在使用前一定要精制，这样可除去其中的Ca2+、Mg 2+，以避免在阴极附近出现白色混浊现象。方法是：给盛有 36g NaCl的烧杯中加入蒸馏水，边加热边搅拌，制成饱和溶液。待稍冷却，滴入 2 滴酚酞试液，再注入含有 NaOH 和 Na2CO3 各 2g 的混合溶液至碱性。静置数小时，待沉淀形成后过滤，将滤液加热至沸腾，稍冷后滴加盐酸至酚酞刚好变为

5、无色为止（本次实验所使用饱和 NaCl 溶液已预先精制） 。2.在滴入酚酞之前，注意向具支 U 形管中滴加的饱和 NaCl 溶液是在支管以下约 2cm 处，如果太多，会给后续反应造成不必要的影响。3.在滴入酚酞的溶液表面有时会出现一层白色胶体，这是由于酚酞在饱和溶液中溶解度变小之故。4.根据红正黑负的一般规则，一定注意将铁电极连在电源的负极。否则会造成铁电极融解。5.阴极是铁而不是惰性电极的原因，是为了突出金属不能做阳极。6.检验阳极产生的 Cl2 时，不要直接手持淀粉 KI 试纸，以免与 Cl2 直接接触，可以借助镊子或玻璃棒。检验时间不宜过长，否则会看到蓝色褪去，因为Cl2 可以和生成的

6、I2 进一步反应。反应方程式： 5Cl2 + I2 + 5H2O 10HCl + 2HIO3。六、文献综述1.题目：电解饱和食盐水的实验改进（1）作者：王良民（2）实验内容：作者指出，在新课程苏教版化学一“氯气的生产原理”实验教学中，由于电解产生的氢气量少，导致用爆鸣实验来检验氢气很难成功，并且用淀粉 KI 试纸检验氯气的操作也不好进行。基于化学演示实验常见易得、操作简单、现象明显的原则，作者进行了如下改进：用 2B 铅笔芯代替石墨电极。阳极支管处增设干燥管。采用吹肥皂泡的方法检验氢气。原装置与改进后的装置对比图如下所示：（3）实验评价：优点：采用2B铅笔芯代替石墨电极，减少电极的体积和表面积

7、，可以有效减少石墨电极对氯气的吸附，同时可以减少石墨电极对观察黄绿色氯气的颜色的干扰。同时增加了电极长度，可以减小两极间的距离及电解质电阻，可以加速反应进行，提高电解效率；检验氯气在密闭条件下，可以有效减少氯气对环境的污染，更加环保、安全；用点燃肥皂泡的方法检验氢气，效果显著，操作安全方便，同时增加了趣味性。总之，改进后的装置简单合理，安全环保，操作方便。不足：电解时，铅笔芯发热，电解时间稍长，铅笔芯易断。2.题目：化学非预设性课堂初探 学生实验“电解饱和食盐水” （1）作者：王赛萍（2）文献内容：作者所报告的课堂改变以教为主的预设性策略，采用以学为主的非预设性策略进行教学。主要解决了学生在课

8、堂上随机提出的以下问题：用湿润碘化钾淀粉试纸检验时, 开始也看到蓝色，但是后来蓝色消失了。发现变红的溶液后又褪为无色, 这是怎么回事？ 不小心把电源和电极接反了而造成的奇怪的实验现象。同时作者还进行了课堂反思。（3）评价：非预设性课堂的教学设计往往在课堂教学中生成，随着教学活动的展开，教师、学生的思想和教学内容不断碰撞，创造性火花不断迸发，新的学习需求、方向不断产生，学生在这个过程中兴趣盎然，认识和体验不断加深，思考和感悟时有形成。在这样的课堂上，学生获得了多方面的满足和发展，教师的劳动也闪耀着创造的光辉，师生都能感觉到生命活力的涌动。教学中应该多加采纳这种教学方式。另外，我们可以在做实验时，

9、预先考虑这些可能存在的实验现象，进行实验，并思考验证。这样对学生学习新知识能起到更好的效果。3.题目：电解食盐水实验的创新设计（1）作者：柏书梅（2）实验内容：作者指出了苏教版电解饱和食盐水存在的几个弊端，并对该实验进行了两种方法的改进。改进一：实验装置如下图所示：改进二：实验装置如下图所示：（3）实验评价：改进装置一类似王良民所进行的改进，有异曲同工之妙；改进装置二采用 J 形管，固液易分离，使实验操作更加方便简单，产生的气体量可以得到控制，由于右端液柱的压力，排出的氢气气流量大，点燃效果明显。两个装置均是密封的，清洁环保。4.题目：饱和食盐水电解实验的研究（1）作者：朱恩,冯晓红（2）实验

10、内容：作者针对人教版、苏教版等高中化学教科书中电解饱和食盐水实验存在的问题, 在研究各地同行改进的实验后, 简要介绍了两个新的方案。方案一：实验装置如图所示实验操作要点： 用直径为 0.78mm 的长铜丝作阴极, 用碳棒作阳极。阳极支管处增设干燥管, 干燥管内放置湿润的淀粉-KI 试纸。 断开开关, 连接整个装置, 电压取 16 V -24 V。 闭合开关, 实验开始。方案二：实验装置如图所示实验操作要点：连接好电解饱和食盐水微型实验装置。 在淀粉-KI试纸上面加2 -3滴饱和食盐水, 再加1滴酚酞试液。 在湿润处压上两个电极, 两个电极相距1cm-2cm, 外加 3V -10V 的直流电。5

11、 s后即可观察到淀粉-KI试纸上两极处的颜色变化。断开开关, 结束电解。（3）实验评价：方案一优点：长铜丝缩短了两极间的通路 , 电解速度快。便于在密闭环境下检验C l2, 且能观察到淀粉-KI 试纸由白色变为蓝色, 又由蓝色变为白色。方案二优点：实验装置简单, 操作较方便。实验现象明显, 阴极处出现红色带, 阳极处出现蓝色带, 两带之间间隔明显。实验药品用量大大减少。大头针、铅笔芯等实验材料容易获取, 且价格便宜。实验产生的C l 2 极少, 对空气污染较少。7、参考文献1 王良民. 电解饱和食盐水的实验改进J. 实验教学与仪器, 2007,(11):23.2 王赛萍. 化学非预设性课堂初探

12、 学生实验“电解饱和食盐水”J. 中学化学教学参考, 2008,(06):27-28. 3 沈小斌. 适于学生自主探究的电解饱和食盐水装置J. 化学教学, 2008,(11):7-8.4 柏书梅. 电解食盐水实验的创新设计J. 化学教与学, 2011,(10):86.5 朱恩,冯晓红. 饱和食盐水电解实验的研究J. 教学仪器与实验, 2010,(03):13-15.6 刘亚男. 电解饱和食盐水的微型实验J. 中国现代教育装备, 2010,(24):66.7 罗畅, 杜元珍, 段昌平. 电解饱和食盐水的意外现象及其探究J. 化学教育, 2010,(06):69.8 李静娴,陈迪妹,元立亭. 电解

13、饱和食盐水实验的优化设计J. 化学教学, 2012,(01)45-46. .9 杨峰. 电解饱和食盐水演示实验的改进J. 中学化学教学参考, 2002,(03):27.10 蔡东华. 电解饱和食盐水实验装置的改进和分析J. 化工职业技术教育, 2008,(04):58.11 王锦化,邵文兵,马宁,刘宇. 环境友好型电解饱和食盐水实验仪的研制与应用J. 教学仪器与实验(中学版), 2006,(04):51-52.12 金汝来,林海斌. 苏教版“电解饱和食盐水”图示的解读与反思J. 中学生数理化(教与学), 2008,(06):79-80.13 陆余平. 自制简易饱和食盐水电解装置J. 教学仪器与

14、实验, 2007,(02):47. 14 柴尔峰, 王国锦. 饱和食盐水电解器的设计J. 化学教育, 2008,(03):64.15 顾晓琴,唐生岳. 电解饱和食盐水演示实验的绿色化设计J. 实验教学与仪器, 2004,(11):29.八、实验反思1.作为一名教师，在给同学讲解实验原理时，一定要讲的清楚明了，重要的反应方程式要写出来；讲解仪器时一定要将其用法和注意事项讲清楚，尤其是学生第一次接触到的仪器；2.演示实验时，可以邀请学生上来可以增强课堂互动性，但要注意要让学生也参与实验，通过观察其是否掌握可以大概推测学生的总体掌握情况，并给与该学生适当评价和及时纠正。 3.作为一名化学教师，一定要注意规范的化学用语。4.通过教师对实验的改进，有利于引导学生大胆质疑，勇于创新，增强学生的实验探究意识，培养他们发现问题、解决问题的能力。5.作为教师要有很强的组织能力，既要能灵活应对学生提出的各种问题，又要能当好主持人引导学生去质疑探究。教师应丢弃对教材及教学参考书的依赖，拓宽知识面，做更多的教学准备。教师还要有敏锐的观察能力，要及时发现学生多方面的潜能，关注个别差异，帮助学生认识自我、建立自信。