2022年高中化學（大綱版）第三冊 第四單元電解原理及其應用第二節(jié)氯堿工業(yè)(備課資料)

2022年高中化學（大綱版）第三冊 第四單元 電解原理及其應用 第二節(jié)氯堿工業(yè)(備課資料)1.用培養(yǎng)皿做電解質溶液導電性的實驗操作(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2030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，電珠由暗到明的同步變化。2.趣味電解實驗藥品：0.001 mol·L1 AgNO3溶液，濃氨水儀器：培養(yǎng)皿，滴管，鉑電極兩個，穩(wěn)定電源一個過程(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)將陽極伸入溶液，浸沒在容器一側；陰極在容器另一側，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始產(chǎn)生一點銀白色的金屬，接著便迅速地開始向著陽極生長，類似于古生橛子類植物葉子的形狀。注意點：(1)電解液中，Ag不能大。(2)為使現(xiàn)象明顯，便于全班學生觀察，最好使用實物投影儀器。3.課題研究示例提高實驗室電解水制備氫氣效率方法的探索背景資料：在實驗室制備氫氣過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)電解水效率不高的問題。如何有效提高水的轉化率呢？實驗要求：1.設計實驗裝置，并闡述影響電解水轉化率的因素及其改進措施；2.能對實驗數(shù)據(jù)進行較為詳細地分析。參考答案：實驗原理和成敗關鍵：電解是在外電源作用下被迫發(fā)生的氧化還原過程。水在通直流電時，在兩極發(fā)生氧化還原反應，在陽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21。實驗過程中，時常會出現(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的超電勢(相當于物理中的反電動勢)。影響電極析出氣體的超電勢的因素可以有以下幾個方面：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溶液中析出氫時的超電勢(見下表)：不同金屬電極上從1 mol/L H2SO4溶液中析出氫的超電勢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，它的析出超電勢要高；3.析氧的超電勢一般比析氫高，如以Pt為電極稀硫酸為電解液，析出氧的超電勢均為0.5 V。由以上幾點分析可知，以稀H2SO4作電解液時，為了確保電解過程中產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比為21，應該盡可能選用不活潑的金屬(或石墨)作為電極；適當增大電流密度(升高電壓)使析出氫、氧的超電勢的差距縮小，兩種氣體基本上同時析出。在堿性條件下(以NaOH或KOH為電解質)電解水時，因多數(shù)電極不易與溶液發(fā)生反應，而且氣體析出的超電勢差距不大，只要電流密度稍大(電壓略高)，對電極要求不高。操作要點：1.自制霍夫曼式電解器。(1)自制裝置取一段長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直角(或U形)玻璃管，再插上兩個曲別針(作電極)。將裝置固定在鐵架臺上。用一根長玻璃管將一個漏斗和直角玻璃管連接起來，使漏斗的上口超過堿式滴定管的滴液口。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：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，使溶液充滿兩支滴定管。將直流電源的正、負極分別與電解器上的兩個電極(曲別針)相連。接通電源，可以立即看到在兩極上幾乎同時有氣泡產(chǎn)生。調(diào)整電流在100200 mA(曲別針電解時的有效面積約1 cm2)一段時間后，關閉電源，觀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21。輕輕擠壓氣體較多滴定管上的乳膠管，用火柴點燃排出的氣體，氣體可以安靜地燃燒說明是氫氣。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，火柴立即復燃，說明氣體是氧氣。2.使用簡易實驗裝置。(1)裝置的制作：將大口試劑瓶去掉底部，在口上安裝一個大號膠塞，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。將濃度為20%的H2SO4溶液倒入電解槽中(體積不超過電解槽容積的)，另取兩只帶刻度的試管，裝滿電解液，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。將電解槽上的兩極與直流電源上的正負極連接好，打開電源開關，兩電極上同時有氣體產(chǎn)生并收集在刻度試管中。當與電源正極相連的電極上試管中的氣體收集到5 mL刻度線時立即切斷電源，觀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刻度線處。將兩個和刻度試管匹配的膠塞放入電解槽內(nèi)，移動試管，在液面下用膠塞將試管口蓋好，取出試管后用清水洗凈。打開儲有10 mL氣體的試管，用燃著的火柴放在試管口上，可以聽到“噗”的一聲，說明是氣體氫氣。取另一儲有5 mL氣體的試管，打開膠塞，將帶火星的木條伸到試管中，木條立刻復燃，說明該氣體是氧氣。而且直觀地看到：水在電解時產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比是21。