电解质溶液实验报告详解

2019-07-25 - 电解质

    在前面几节里,我们扼要介绍了电离学说的主要内容,并应用电离学说,从本质上阐述了电解质在溶液里所进行的离子间的反应.在这一节里,我们将再应用电离学说,研究一下当电流通过电解质溶液时所发生的化学反应,以及这种化学反应在工业生产上的实际应用。

电解质溶液实验报告

    根据电离学说,电解质溶解于水后,它的分子或多或少地电离成为带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子,这些离子在溶液里自由地、杂乱地运动着(图4·2(a))

    如果在电解质溶液里插入两根碳棒(或金属板),分别用金属导线和电池(或其他直流电源)的两个电极相连接.这时电解质溶液里离子的运动,立刻变得很有秩序:带负电荷的阴离子向着那根和电池正极相连接的碳棒(我们称称做阳极)移动;带正电荷的阳离子向着那根和电池负极相连接的碳棒(我们称做阴极)移动(参看图4·2(b).

电解质溶液实验报告

当阴离子接触到阳极时,它把多余的电子,递给了阳极(因阳极是电子缺乏的一极),变成不带电荷的中性原子;当阳离子接触到阴极时,从阴极获得了它所缺少的电子(因阴极是电子过剩的一极),也变成不带电荷的中性原子.

电解质溶液实验报告

带电荷的物质失去它所带电荷的作用,叫现在我们举氯化铜(CuC12)溶液为例,来说明当电流通过做放电。

    现在我们举氯化铜(CUC12)溶液为例,来说明当电流通过电解质溶液时,溶液里的离子在两个电极上所发生的放电作

电解质溶液实验报告

    在氯化铜溶液里,氯化铜的分子电离成为带正电荷的Cu 离子和带负电荷的Cl-离子:

通电时,溶液里的Cut 离子移向阴极,最后在阴极上取得2个电子变成不带电荷的铜原子.Cut 离子在阴极上的放电作用可用下式表示: Cu 2e=Cu

由此生成的铜原子,附着在阴极表面上。经过一定时间后,在阴极上就能形成一层铜的薄层。     同时,溶液里的CIT离子移向阳极,在阳极上放出它所多余的电子,变成不带电荷的氯原子.以后,每2个氯原子又相互结合成为氯分子,从阳极放出,CI厂离子在阳极上的放电作用可用下式表示: 2C1-=2C1 2E (3)

    把上述(1)、(2)、(3)、(4)四个式子加在一起,并加以简化后,就可以看出当电流通入氯化铜溶液时所起化学反应的总的结果是: 电流 CuCl2=电流=Cu(沉积在阴极上) Cl2↑(自阳极放出)

 很显然,这个反应是属于分解反应类型的的.象这样由于电流的作用而引起的分解反应,称做电解。      氯化铜溶液的电解产物,很容易从下述实验观察得到.实验装置如图4·3所示:在一个U形管里装入氯化铜溶液,用两根石墨棒做电极分开插入U形管的氯化铜溶液里.

然后接通直流电源,不久就可看到阴极表面上沉积有一层赭红色的铜的薄层;阳极上附有许多微小的气泡,并逐渐有气体放出,如果用一条过淀粉碘化钾溶液的滤纸放在B管管口,滤纸立即显现很深的蓝色,证明B管处有氯气放出①。

    之前讲到电解水时,在两个电极小的气泡(铂片)上分别放出氢气和紅色的氧气.因为水是极弱的电的薄晨解质,它的导电能力很很差,所以在电解水时,常在水里加入少量的碗硫酸(或氢CC2溶液氧化钠).

这样,溶液里除了含有由水电离生成的少图4·3电解氯化铜溶液的实验量的H十离子和OH离子外,还含有由硫酸电离生成的互离子和SO4--离子(如果加入的是NaOH,则含有Na 离子和OH离子).当通入电流时,溶液里带负电荷的OH离子和

SO4--离子都向阳极方向移动,但由于OH--离子比SO4--离子更加容易放出它所多余的电子,因此实际上只有OH离子在阳极上放出电子,变成不带电的OH原子团,这种不带电的OH原子团是极不稳定的,它生成后立刻分解放出氧气,从阳极放出;溶液里带正电荷的H 离子,向阴极方向移动,并在阴极上获得它所缺乏的电子,变成不带电荷的氢原子,然后,每2个氢原子又结合成为氢分子,从阴极放出(如果加入的是NaOH,溶液还有带正电荷的Na 离子,它虽也向阴极移动,但由于它比H离子难结合电子,因此它实际上不能在阴极上放电).

电解水的全部反应可以用如下化学方程式来表示:

①氯气和滤纸上的碘化钾反应,使碘游离出来,它立即跟淀粉反应而产生深蓝色。

这就是电解水的总的化学方程式①。     电解在工业上的应用很广,它可以用来制取某些活泼的金属.例如,电解熔融状态的氢氧化钠时,可以制得金属钠(详见第三册第二章);电解熔融状态的氧化铝时,可以制得金属铝(详见第三册第四章)等等。

    电解某些化合物的溶液,可以制得许多重要的工业原料.例如,电解食盐溶液可以得到氯气、氢气和氢氧化钠三种产物,它们都是化学工业上的重要原料。

    利用电解的方法,还可以在某些金属的表面上涂上一层在空气里不容易发生变化的金属,例如镀镍、镬银、镀金等这样,不仅可以保护金属属,防止它在空气里发生锈蚀,而且可以增加美观,这种方法在工业上叫做电镀。

   电镀的原理和操作方法,和前述的电解基本上是一样的。    例如在铜器上镀银时,先把一块银板和待镀的铜器②(例如铜匙)

①从这个方方程式可以看出,在电解含有少量硫酸或氢氧化钠的水时,溶液里的硫酸或氢氧化钠并不被电解。

②待镀的铜器必须先放在碱溶液里煮沸,以除去表面油污,再浸在酸溶液除去表面的氧化物.然后再用清水冲洗干净,方能应用。

一起浸在硝酸银溶液①里.银板和直流电源的正极相连;待镀的铜器4·4).硝酸银是一种电解质,接电源的負极和直流电源的负极相连(图4.4)硝酸银是一种电解质,它在溶液里电离生成Ag 离子和NO3-离子.

当通电时,Ag 离子移向阴极(铜器),并在阴极上放电变成银原子,附着在铜器的表面上,形成一层很薄的、致密覆盖着的银层;NO5离子移向阳极(银板),但是NO5离子很不容易放出它所多余的电子,因此阳极所需的电子,将不能从NO8离子的放电而取得而是通过阳极(银板)本身的溶解,即

因此,在铜器上镀银时两极上所发生的化学反应是

(1)Ag 离子在阴极(铜铜器)上放电

产生的银沉积在阴极表面上。

(2)阳极(银板)溶解,并以Ag离子的形式进入溶液:

这样就补偿了溶液里因在阴极上放电而减少的Ag 离子,使溶液里的硝酸银浓度保持恒定不变。

    由此可以看出,电镀银的总的反应的实质是:作为阳阳极的银通过电解质溶液;镀在作为阴极的铜器表面上,即:

‍Ag(阳极溶解)  =   Ag(沉积在阴极表面)

    利用电解的方法还可以把粗铜精炼成为纯铜。     用一块薄的纯铜板做阴极,一块厚的粗铜板做阳极,把它们一起浸在硫酸铜溶液里,然后通电,溶液里的Cut 离子移向阴极并在阴极上放电:

①用硝酸银做电解液时,阴极上银析出太快,致使镀面不均匀.为了克服这个缺点,通常在硝酸银溶液里加入少量的氯化钾溶液.刚加氰化钾溶液时,有自色沉淀产生,继续加入,沉淀就会溶解,这样就制得了镀银的电解液。

产生的铜逐渐沉积在阴极上,使纯铜板渐渐变厚.

    同时,溶液里的SO二离子移向阳极,由于SO离子很不容易放出它所多余的电子,因此阳极所需的电子,将通过阳极(粗铜)本身的溶解,即

而获得。

    和前述电镀银的情况相似,在电解过程中,阳极(粗铜板)逐逐渐溶解,阴极(纯铜板)则由于铜的不断沉积而逐渐变厚,而电解质溶液硫酸铜的浓度则保持不变。因此,精炼铜的总的反应是:

Cu(阳极溶解) = Cu(沉积在阴极上)

   这样所得的铜,称做电解铜,它的纯度达99.99%,可以用来制造电线、电缆等导电用具①。

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