对“用铜电极电解NaCl溶液”实验的探究.doc

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1、对“用铜电极电解不同浓度NaCl溶液”实验的探究徐克浙江省瑞安中学瑞安325200摘要：本文对苏教版《实验化学》选修模块拓展课题5-3“用铜电极电解饱和食盐水”的实验原理及不同条件下的实验现象进行探究。关键词实验化学电解一、问题的提出1、背景根据教材上的实验描述，用铜作阴、阳极电解饱和食盐水，可以观察到许多不同的实验现象。（1）电解开始后，与电池负极相连的铜丝（阴极）在液面下变暗，同时伴有大量气泡产生，与电池正极相连的铜丝（阳极）的颜色（紫红色）不变，但由粗变细。（2）电解开始约30s内，阳极附近略显白色浑浊，然后开始出现橙黄色浑浊，进而

2、生成较多的橙黄色沉淀。随着沉淀量的不断增加，橙黄色沉淀慢慢聚集在烧杯底部。2、意义（1）教材编写组提供实验论据及建议；（2）一线教师提供实验教学素材；（3）有利于培养学生分析、解决问题的能力和严谨的科学研究方法。根据已有的知识，铜的常见氧化态为+2价，而在此实验中并没有产生经典的含有Cu2+特征的化合物（蓝色），这是为什么呢？如果改变实验条件，在不同的NaCl浓度下进行电解，反应现象又会有什么不同呢？对此，我们进行了实验探究。二、实验过程我们查阅文献并向实验室老师做了咨询，设计了如下几组实验。实验用品：3A稳流电源、电解槽（烧杯）、1mo

3、l/LNaCl溶液，2mol/LNaCl溶液，3mol/LNaCl溶液，饱和NaCl溶液（6.15mol/L），铜电极、导线、试管、氨水。浓度实验现象产物推测1mol/L与电源负极相连的铜极（阴极）有大量气泡析出，电解刚开始时，与电源正极相连的铜电极附近略显淡淡的蓝色浑浊，然后电解池中液体逐渐呈现出蓝色浑浊蓝色浑浊为-3-2mol/L与电源负极相连的铜极（阴极）有大量气泡析出，电解刚开始时，与电源正极相连的铜电极附近略显淡淡的蓝色浑浊，几秒后开始呈现出橙黄色浑浊，进而生成较多的橙黄色沉淀蓝色浑浊为橙黄色沉淀为3mol/L与电源负极相连的铜

4、极（阴极）有大量气泡析出，电解刚开始时，与电源正极相连的铜电极附近略显白色浑浊，几秒后开始呈现出橙黄色浑浊，进而生成较多的橙黄色沉淀白色浑浊为橙黄色沉淀饱和与电源负极相连的铜极（阴极）有大量气泡析出，电解液中迅速生成较多的砖红色沉淀砖红色沉淀三、实验原理通过查询有关金属铜及其化合物化学性质的文献资料，并结合实验现象，推测得出1.铜电极电解NaCl稀溶液阳极阴极总反应方程式其中生成的反应是控制反应。2.铜电极电解饱和NaCl溶液阳极阴极①（白色）②③其中③为控制反应四、分析与讨论实验表明，铜电极电解较浓NaCl溶液时，阳极电解产物为Cu+化

5、合物，最终生成砖红色的Cu2O；铜电极电解较稀的NaCl溶液时，阳极电解产物为Cu2+化合物，最终生成Cu(OH)2-3-电解液中NaCl的浓度不同时，阳极电解产物为什么会不一样？Cu+化合物和Cu2+化合物的产生对于NaCl溶液的浓度又有什么不同的要求呢？（1）铜的电极电势在此实验的特定条件下，阳极铜的电极电势需要通过计算方法得出。要计算用铜电极电解饱和食盐水时的铜电极电势，就要寻找影响铜阳极发生化学反应的因素和等量关系，以分析铜在不同条件下的反应倾向。假设铜阳极电解产物为Cu2+化合物时，根据总反应Cu+2H2O=Cu(OH)2↓+H

6、2↑得出2c(Cu2+)=c(OH)。查资料得Ksp[Cu(OH)2]=6.0×10-19，φ=0.337V推断此时溶液中c（Cu2+）为：c（Cu2+）C2（OH-）=Ksp[Cu（OH）2]=6.0×10-19∴c(Cu2+)=5.31×10-7mol/L据此推断铜阳极电极电势：φ=φ+ln=0.337V+lg（5.31×10-7）=0.1516V(2)对于教材中实验生成Cu+化合物的解释：假设阳极电解产物为Cu+化合物时，已知φ=0.521V,Ksp(CuCl）=1.2×10-6,饱和NaCl溶液中c(Cl-)=6.15mol/L

7、则φ=φ+ln=0.0521V+(1.95×10-7mol/L)=0.1245V此时φ=0.1245V<φ=0.1516V所以阳极铜更倾向于形成Cu+化合物，且根据c(Cu+)=，可推断出铜电极电势φ与c(Cl-)成反比例关系，c(Cl-)越大，铜阳极电极电势φ越低，也就越倾向于生成Cu+化合物。（3）决定阳极电解产物的NaCl浓度值由（1）可知，生成Cu2+化合物时铜阳极电极电势为φ=0.1516V,-3-那么当电极电势为0.1516V时，若能生成Cu+化合物，可得φ=φ+lnc（Cu+）=φ+ln=0.521V+lg=0.1516V解

8、得c(Cl)=2.14mol/L即此时c(NaCl)=2.14mol/L，这个值就是阳极电解产物发生变化的临界点。五、结论：当c(NaCl)>2.14mol/L时，铜阳极电解产物为Cu+化合