电解饱和食盐水

实验三 电解饱和食盐水 实验 电解饱和食盐水 ●实验目的 1.巩固、加深对电解原理的理解。 2.练习电解操作。 3.培养学生的、推理能力和实验能力。 4.培养学生严谨求实的科学品质。 5.培养学生综合运用所学知识的能力。 ●教学重点 1.用实验巩固有关电解原理的知识。 2.培养学生的分析、逻辑推理能力和学生思维的灵活性。 ●教学方法 实验、启发、讨论、探究、对比、实践等。 ●教学用具 投影仪 实验用品 小烧杯(或U型管)两个、玻璃棒、铁架台、碳棒、粗铁钉、导线、电流、直流电源。 饱和食盐水、淀粉碘化钾试纸、酚酞试液、蒸馏水。 ●教学过程 ［导入］上节课，我们重点学习了电解饱和食盐水的原理。但“纸上得来终觉浅，绝知此事须躬行”。本节课，我们就来亲自做一下电解饱和食盐水的实验。 ［板书］实验三 电解饱和食盐水。 ［师］请大家按以下步骤进行操作，并注意观察实验现象。 ［投影展示实验步骤］ 在小烧杯(或U型管)里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液。用导线把碳棒、电池、电流表和铁钉相连(如右图)。接通直流电源后，注意观察电流表的指针是否偏转，以及小烧杯内发生的现象，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。 电解饱和食盐水 注：粗铁钉要与直流电源的阴极相连，碳棒与阳极相连。 用玻璃棒沾湿润的KI淀粉试纸检验阳极气体。 ［学生操作，教师巡视指导］ ［学生实验完毕］ ［请一位同学回答实验现象］ ［生］饱和食盐水电解时，电流表指针发生偏转，阴、阳极均有气体放出，阳极气体有刺激性气味，并能使湿润的KI淀粉试纸变蓝，且阴极区溶液变红。 ［师］很好！请大家写出两根电极上所发生的电极反应式和电解饱和食盐水的总反应式。 ［学生书写，请一位同学上黑板写出］ ［学生板书］阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑) 总反应式：2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ ［设问］阴极区溶液变红的原因是什么？ ［生］这是由于饱和食盐水中，水所电离出的H＋在阴极放电，破坏了水的电离平衡(H2O H＋＋OH－)致使阴极区附近溶液中的OH－相对较多，溶液呈碱性，故酚酞变红。 ［追问］那么，这是否意味着电解后的溶液在不同的区域有着不同的pH呢？ 请大家讨论后回答。 ［学生讨论后并回答］阴极区溶液变红的现象应该是暂时的，因溶液中的粒子是不断运动的，当时间足够长时，溶液中各粒子的浓度都将会均匀分布，此时溶液各处的pH都将是相同的。若将电解后的溶液振荡，则红色很快均匀分布。 ［师］我们何不亲自试一试呢？ ［学生把电解后的饱和食盐水振荡，或用玻璃棒搅拌，红色很快均匀分布］ ［师］实验证明，我们的讨论结果是正确的！ ［设问］大家能否用离子方程式表示出KI淀粉试纸变蓝的原因呢？ ［请一位同学上黑板书写］ ［学生板书］2I－＋Cl2===I2＋2Cl－ ［讲解］很明显，上述反应中由于I2单质的生成而使试纸变蓝色。 ［追问］大家在做实验时，有没有看到异常的现象呢？ ［有学生回答］有！我们所用的KI淀粉试纸在变蓝后又变白了。这是什么原因呢？ ［学生疑惑］ ［讲解］这是由于所通氯气时间过长的缘故。此时，Cl2过量，Cl2会和I2继续反应生成无色的HIO3和HCl。 ［板书］5Cl2＋I2＋6H2O===2HIO3＋10HCl ［讲解］以上反应是Cl2强氧化性的具体体现。 ［过渡］我们刚才在电解饱和食盐水时，特意强调阴极用粗铁钉。假若用其做阳极电解饱和食盐水，情况又将怎样呢？ 请大家分组讨论可能出现的结果。 ［学生讨论］ ［请学生代表回答讨论结果］ ［生］铁钉将会不断被损耗，阴极仍会有气体生成，电解液中会出现白色、灰绿色或红褐色沉淀。 ［请一位同学讲解出现以上现象的依据］ ［生］金属Fe做阳极电解时，Fe失电子成为Fe2＋进入溶液而被损耗，阴极H＋放电生成H2,因H＋放电破坏了水的电离平衡，致使溶液中OH－浓度增加，Fe2＋与OH－不能共存而生成Fe(OH)2沉淀，Fe(OH)2不稳定，易被空气中的O2或电解液中的O2氧化成Fe(OH)3而发生白色 灰绿色 红褐色的颜色变化。 ［师］理论依据十分充分！那么是否真的会出现我们所预期的现象呢？让我们亲自试一试！ 请大家另取一盛有饱和食盐水的烧杯进行电解，注意此次要用铁钉为阳极，碳棒为阴极。为了使电解液中的现象观察明显，可不必向饱和食盐水中加酚酞。 ［学生操作，教师巡视指导］ ［学生实验完毕］ ［师］请大家写出刚才所做实验中的电极反应式和化学方程式。 ［请一位同学上黑板书写］ ［学生板书］阳极：Fe－2e－===Fe2＋ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑) 总反应式：Fe＋2H2O===Fe(OH)2↓＋H2↑ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 ［讲解］由上述两个实验可知，电极材料的不同会导致电解产物的不同。因此，大家平时在解答有关电解的问题时，首先要弄清楚电解时的电极材料。 ［教师在上述电极反应的阴、阳极后面注明电极材料的名称］ ［想一想］若要防止上述实验中的Fe(OH)2不被氧化，可采取什么措施？ ：可先煮沸待电解的饱和食盐水几分钟，冷却后再进行实验；或在电解液上方加入一不溶于水的有机物(密度要比食盐水的小，如苯)进行封闭。 ［师］回答得很好！ 请大家根据所学知识，讨论并解答下列问题。 ［投影］ 问题和讨论 1.用碳棒作电极电解极稀的食盐水时，阳极放出的气体能不能使湿润的淀粉碘化钾试纸改变颜色？为什么？如果要进一步检验放出的气体，如何改进实验装置？ 2.在烧杯里盛有CuCl2溶液，还有直流电源、两根石墨电极和导线。你能用以上仪器和药品设计一个简单实验来判断某一电池的正负极吗？ ［学生分组讨论，并交流答案］ 答案：1.用碳棒作电极电解极稀的食盐水时，阳极放出的气体不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变色。这是因为在极稀的食盐水中，Cl－浓度很小，溶液的导电能力也较弱，Cl－放电的速率慢且生成Cl2的量又少，故不易使试纸变蓝。若要检验放出的气体，可把食盐水配得浓一些。 2.把两根石墨电极浸入CuCl2溶液，用导线把两根电极分别与电池的两极相连，一段时间后，可看到一根电极上有气泡冒出，另一根电极上有红色物质出现，则有气泡冒出的为电解池的阳极(2Cl－－2e－===Cl2↑)，与其相连的是电池的正极；有红色物质出现的电极为阴极(Cu2＋＋2e－===Cu)，与电池的负极相连。 ［投影练习］ 如图为各烧杯中通电后，观察到Cu溶解，下列说法正确的是 A.a是正极 B.a是负极 C.Pt极上产生气体是Fe极的2倍 D.Q池CuSO4溶液溶质的质量分数不变 解析：本题考查电解池的反应原理。通电后铜溶解，此极为阳极，a应为正极，在p池中Pt为阳极产生O2,Fe为阴极产生H2,前者气体物质的量为后者的 ，Q池阳极为铜，发生反应Cu－2e===Cu2＋，阴极反应为Cu2＋＋2e===Cu,Cu2＋的量不变，CuSO4的质量分数不变。 答案：AD ［小结］本节课主要巩固了用惰性电极做阳极和用金属电极做阳极电解饱和食盐水的反应原理。 ［布置作业］ 完成本次实验的实验报告。 ●板书设计 实验三 电解饱和食盐水 阳极(C)：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极(Fe):2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑) 总反应式：2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 2I－＋Cl2===I2＋2Cl－ 5Cl2＋I2＋6H2O===2HIO3＋10HCl 阳极(Fe):Fe－2e－===Fe2＋ 阴极(C)：2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑) 总反应式：Fe＋2H2O===Fe(OH)2↓＋H2↑ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 ●教学说明 本课时主要采取了实验、推理、对比等教学方法。对于用惰性电极做阳极电解饱和食盐水的原理，学生已经很熟悉，故本节课伊始就让学生直接操作，以巩固和加深学生对这部分知识的理解。而对于用金属电极做阳极电解饱和食盐水学生则是第一次接触，故首先用反其道而行的设问进行激疑，由于实验内容新鲜，故学生跃跃欲试，此时再让学生对可能出现的实验现象进行推理和预测，学生的思维会变得十分主动和积极，最后让学生用实验亲自去检验他们各自讨论所得的结果，学生是乐此不疲，从而得到良好的教学效果。