电解硫酸铜溶液.docx

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电解硫酸铜溶液

电解硫酸铜溶液

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中学生自主探究电解硫酸铜实验

作者：

新余四中刘趁桢

一．引言：

同学们总是在为课本上的实验兴叹的同时，也想自己尝试，但当发现手头上的材料不够时，总想着去买，其实不用大功率的直流电源了，你只需要三节电池和下述相关材料就可以了。

——当然，收获知识才是最重要的。

自己动手实验对初三升入高中的同学进一步学习电化学是有帮助的.下面我从实验开始介绍，再提供例题供学电化学的同学参考.

二．实验目的：

明确电解池中使用惰性电极c电解硫酸铜溶液制硫酸的实质。

实验器材：

4.5v电源，（0.2A直流电），电流表（0~3A）CuSO4. 5H2O晶体，200ML蒸馏水，碳（石墨）棒（市场上的圆规铅笔芯2b可替代），PH试纸广泛1~14，导线若干（带鳄鱼夹）。

开关。

托盘天平。

（100g最大称量MAX），量筒100ML.

CuSO4溶液

通电

一.实验原理：

1.总反应CuSO4+2H2O= 2Cu（阴极）+2H2SO4+O2↑

2.电解池（烧杯）中的反应分析离子方程式：

碳棒属于溶液中的cu2+与 OH-分别得失电子，由于（放电能力）cu2+＞H+，OH-＞SO42-，因此阴极上的Cu2+放电生成Cu，阳极上的OH-放电生成O2，电极反应如下：

阴极（与电源负极相连）2Cu2+ +4e-=2Cu

阳极：

 （与电源正极相连）4OH- - 4e-=O2↑+2H2O

三.实验步骤。

根据硫酸铜（五水合晶体）在三十摄氏度的溶解度为37.8g 使用托盘天平（100gMAX）称量75.6g五水合硫酸铜晶体用纸倒入烧杯中，并用玻璃棒转移晶体，量桶分两次量取100ML蒸馏水，倒入烧杯中（BOMEX,250ML）,用玻璃棒搅拌充分溶解，制得其浓溶液。

将两根石墨电极棒分别用鳄鱼夹夹住位于烧杯的两侧如图，后闭合开关，检查电流表视数是否过大或过小，过大则说明短路，过小则可能是接触不良或电池电压过小，建议在电源两端并联一个（0~15v）的电压表（用来检测路端电压）。

检查完毕后即可开始电解工作。

如图所示。

四．实验现象：

开始电解15min后，阳极有少量气泡出现，阴极有少量红色物质生成。

具体如下。

实验

现象

进行

日期

PH

值

阴极

阳极

总体现象

6.5

4~5

出现极少量红色物质附着

有极少量的气泡产生

无明显现象

6.10

4~3

出现较少红色物质

碳棒断裂，原阳极位置液面上漂浮着少量气泡更换新碳棒

液面有所下降，下降了约15ML

6.15

3~2

碳棒表面附着一层红色物质，易剥落（疑似有氢气产生）

碳棒断裂，更新碳棒，有较多气泡匀速从极上浮

液面下降至160ML

6.19

1

碳棒上有较多红色物质，取出后5h暴露在富含co2的湿润环境下，表面附着一层翠绿色的物质

Cu2（OH）2CO3碱式碳酸铜

碳棒断裂，更新碳棒，更新电池后，电流表示数增大，单位时间气泡数增多

液面降至140ML

酸性较强

反应后

反思：

1为什么阳极碳棒易断裂：

由于阳极生成的气体以小气泡的形式溢出，易使石墨沿片层之间断裂（石墨片层间主要是以分子间作用力维系）2.为什么会有蓝绿色物质生成：

由于房间湿气重，CO2浓度高，易生成铜锈（碱式碳酸铜）Cu2（OH）2CO3眼镜框上鼻托上的绿点就是它在作怪.

拓展：

1.若想使电解质恢复原状态，遵循“缺什么补什么”的原则，一般加入阴极产物（Cu）与阳极产物（O2）两物质中元素组成的化合物，可加入CuO，CuCO3,但不可加Cu（OH）2,Cu2（OH）2CO3,这些物质会使溶液中的水增多，到溶质质量分数偏小。

2.当硫酸铜中的铜离子全部放电析出时时，要考虑恢复原状态时，可用Cu（OH），因为接下来是电解硫酸溶液，将会有水消耗，要保持【Cu2+】（浓度 ）不变，可考虑用此，或加了CuO后加一定量的水，亦或是加碱式碳酸铜。

3.电解顺序是先电解硫酸铜，再电解硫酸.

举个例子：

如图电解一定量的硫酸铜溶液的实验装置如图①，电解的实验数据如图②，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积（标准状况）．则下列说法正确的是：

A．开始时b电极有红色物质析出，而后有气泡产生

B．a电极上的电子经溶液流向b极再流入直流电源

C．曲线P～Q段表示产生H2和O2的体积比为1：

2

D．从开始到Q点收集到的混合气体中有0.1mol氧气

根据电子流向知，a为阴极、b为阳极，开始时，阴极上铜离子放电、阳极上氢氧根离子放电，所以电池反应式为2Cu2++2H2O=电解Cu+O2↑+4H+，当铜离子完全放电后，再继续电解相当于电解水，电池反应式为2H2O电解2H2↑+O2↑，所以从O到P点，生成的气体为氧气，从P到Q点生成的气体是氧气和氢气，P点收集到n（O2）=1.12Lx2.4L/mol=0.05mol，从P到Q收集到气体体积=4.48L-1.12L=3.36L，其物质的量=3.36Lx22.4l/mol=0.15mol，根据2H2O电解=2H2↑+O2↑，从P到Q收集的氢气和氧气物质的量之比为2：

1，则从P到Q点收集到的氢气物质的量是0.1mol、氧气的物质的量是0.05mol，

.A．b为阳极，阳极上电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑，所以b电极上只有无色气泡生成，故A错误；

B．电子不进入电解质溶液，电解质溶液中阴阳离子定向移动形成电流，故B错误；

C．曲线P～Q段实质上是电解水，所以表示产生H2和O2的体积比为2：

1，故C错误；

D．从开始到Q点收集到的混合气体中氧气的物质的量=0.05mol×2=0.1mol，故D正确；