2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第三冊(cè) 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第二節(jié)氯堿工業(yè)(備課資料).doc

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2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第三冊(cè) 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第二節(jié)氯堿工業(yè)(備課資料) 1.用培養(yǎng)皿做電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的實(shí)驗(yàn) ［操作］ (1)在直徑為12厘米的培養(yǎng)皿里加入30毫升蒸餾水，用碳棒作電極制成電解槽。電路里串聯(lián)2.5伏的小電珠，接通20～30伏直流電源，如右圖所示。 (2)向培養(yǎng)皿里的水中滴加飽和硝酸鉀溶液，邊滴邊攪拌，到電珠燈絲剛好出現(xiàn)極微弱的紅光，停止滴加，并關(guān)掉電源。 (3)在培養(yǎng)皿中央放入一粒高錳酸鉀晶體，并接通電源?？梢钥吹诫S著高錳酸鉀的溶解、分散，離子的增多和定向移動(dòng)，電珠由暗到明的同步變化。 2.趣味電解實(shí)驗(yàn) 藥品：0.001 molL－1 AgNO3溶液，濃氨水 儀器：培養(yǎng)皿，滴管，鉑電極兩個(gè)，穩(wěn)定電源一個(gè) 過(guò)程(1)在培養(yǎng)皿中加入足量的AgNO3溶液，滴入濃氨水至沉淀溶解為止。 (2)將陽(yáng)極伸入溶液，浸沒(méi)在容器一側(cè)；陰極在容器另一側(cè)，僅與溶液表面接觸，如下圖。 (3)通6 V電源。 現(xiàn)象：可以清晰地看到通電以后，在與陰極接觸的溶液部位剛開(kāi)始產(chǎn)生一點(diǎn)銀白色的金屬，接著便迅速地開(kāi)始向著陽(yáng)極生長(zhǎng)，類(lèi)似于古生橛子類(lèi)植物葉子的形狀。 注意點(diǎn)：(1)電解液中，［Ag＋］不能大。 (2)為使現(xiàn)象明顯，便于全班學(xué)生觀(guān)察，最好使用實(shí)物投影儀器。 3.課題研究示例 提高實(shí)驗(yàn)室電解水制備氫氣效率方法的探索 背景資料： 在實(shí)驗(yàn)室制備氫氣過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)電解水效率不高的問(wèn)題。如何有效提高水的轉(zhuǎn)化率呢？ 實(shí)驗(yàn)要求： 1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，并闡述影響電解水轉(zhuǎn)化率的因素及其改進(jìn)措施； 2.能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行較為詳細(xì)地分析。 參考答案： 實(shí)驗(yàn)原理和成敗關(guān)鍵：電解是在外電源作用下被迫發(fā)生的氧化還原過(guò)程。水在通直流電時(shí)，在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在陽(yáng)極上氫氧根離子失去電子，放出氧氣。在陰極上，氫離子獲得電子，產(chǎn)生氫氣。從理論上講，所產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比恰好為2∶1。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)兩種氣體的體積比與理論上存在偏差的現(xiàn)象(氧氣的體積偏小，氫氣的體積偏大)。造成這種結(jié)果的原因是多方面的，但其中最主要的是氫和氧在電極上析出時(shí)的超電勢(shì)(相當(dāng)于物理中的反電動(dòng)勢(shì))。影響電極析出氣體的超電勢(shì)的因素可以有以下幾個(gè)方面： 1.電流密度：同一種電極，作用在它上面的電流密度小，則超電勢(shì)也較小。下面是幾種常用電極從濃度為1 mol/L H2SO4溶液中析出氫時(shí)的超電勢(shì)(見(jiàn)下表)： 不同金屬電極上從1 mol/L H2SO4溶液中析出氫的超電勢(shì) 2.電極的活性：由上表可以看出，較活潑的金屬比活潑性稍差的金屬作電極時(shí)，它的析出超電勢(shì)要高； 3.析氧的超電勢(shì)一般比析氫高，如以Pt為電極稀硫酸為電解液，析出氧的超電勢(shì)均為 0.5 V。 由以上幾點(diǎn)分析可知，以稀H2SO4作電解液時(shí)，為了確保電解過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比為2∶1，應(yīng)該盡可能選用不活潑的金屬(或石墨)作為電極；適當(dāng)增大電流密度(升高電壓)使析出氫、氧的超電勢(shì)的差距縮小，兩種氣體基本上同時(shí)析出。 在堿性條件下(以NaOH或KOH為電解質(zhì))電解水時(shí)，因多數(shù)電極不易與溶液發(fā)生反應(yīng)，而且氣體析出的超電勢(shì)差距不大，只要電流密度稍大(電壓略高)，對(duì)電極要求不高。 操作要點(diǎn)： 1.自制霍夫曼式電解器。 (1)自制裝置 ①取一段長(zhǎng)10 cm內(nèi)徑約4 cm的粗玻璃管(如廢日光燈管)。上下口各配一適當(dāng)大小的橡膠塞。在上口的膠塞上安裝兩支堿式滴定管，下面的膠塞上安裝上一個(gè)直角(或U形)玻璃管，再插上兩個(gè)曲別針(作電極)。將裝置固定在鐵架臺(tái)上。用一根長(zhǎng)玻璃管將一個(gè)漏斗和直角玻璃管連接起來(lái)，使漏斗的上口超過(guò)堿式滴定管的滴液口。 ②調(diào)整滴定管的位置，使它們離下面膠塞的距離約1 cm，曲別針正好在滴定管的中間。 (2)電解操作： ①擠壓滴定管上的乳膠管，將濃度為10%的NaOH溶液從漏斗中注入，使溶液充滿(mǎn)兩支滴定管。 ②將直流電源的正、負(fù)極分別與電解器上的兩個(gè)電極(曲別針)相連。接通電源，可以立即看到在兩極上幾乎同時(shí)有氣泡產(chǎn)生。調(diào)整電流在100～200 mA(曲別針電解時(shí)的有效面積約1 cm2)一段時(shí)間后，關(guān)閉電源，觀(guān)察滴定管中兩種氣體的體積情況。發(fā)現(xiàn)電極與直流電源負(fù)極相連的滴定管，所產(chǎn)生氣體的體積與另一支滴定管中氣體的體積比恰好是2∶1。 ③輕輕擠壓氣體較多滴定管上的乳膠管，用火柴點(diǎn)燃排出的氣體，氣體可以安靜地燃燒說(shuō)明是氫氣。再擠壓另一支滴定管上的乳膠管氣體緩緩排出，用帶有余燼的火柴接近該氣體，火柴立即復(fù)燃，說(shuō)明氣體是氧氣。 2.使用簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置。 (1)裝置的制作： ①將大口試劑瓶去掉底部，在口上安裝一個(gè)大號(hào)膠塞，膠塞上插入兩支用作電極的曲別針，距離約2 cm左右，制成電解槽。 ②將濃度為20%的H2SO4溶液倒入電解槽中(體積不超過(guò)電解槽容積的)，另取兩只帶刻度的試管，裝滿(mǎn)電解液，在口上蓋一塊小紙片，倒提著放入電解槽中，使電極伸入到試管內(nèi)部。 ③將電解槽上的兩極與直流電源上的正負(fù)極連接好，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，兩電極上同時(shí)有氣體產(chǎn)生并收集在刻度試管中。當(dāng)與電源正極相連的電極上試管中的氣體收集到5 mL刻度線(xiàn)時(shí)立即切斷電源，觀(guān)察另一只試管中收集的氣體體積，可以發(fā)現(xiàn)正好在10 mL刻度線(xiàn)處。 ④將兩個(gè)和刻度試管匹配的膠塞放入電解槽內(nèi)，移動(dòng)試管，在液面下用膠塞將試管口蓋好，取出試管后用清水洗凈。打開(kāi)儲(chǔ)有10 mL氣體的試管，用燃著的火柴放在試管口上，可以聽(tīng)到“噗”的一聲，說(shuō)明是氣體氫氣。取另一儲(chǔ)有5 mL氣體的試管，打開(kāi)膠塞，將帶火星的木條伸到試管中，木條立刻復(fù)燃，說(shuō)明該氣體是氧氣。而且直觀(guān)地看到：水在電解時(shí)產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比是2∶1。