电化学实验研究 电离 实验七.docx
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电化学实验研究电离实验七
实验七：
电化学实验研究
——电离、电解
【实验目的】
1.了解电离和电解的概念以及它们的联系和区别。
2.掌握离子的迁移、电解水实验的操作技能和成败关键。
3.了解霍夫曼电解器的构造与原理。
4.培养观察、分析、归纳、推理能力。
5.掌握电解水实验及确定水的组成的教学方法。
【实验计划】
1.设计离子的迁移实验
A目的：
设计成功的离子迁移实验，使实验现象明显，准确。
B仪器和药品
高锰酸钾固体、高中学生电源、玻璃片、滤纸、石墨电极2支、导线2支
C实验步骤
a将滤纸用蒸馏水润湿后，贴在玻璃片上，排尽滤纸下面的空气，保持滤纸紧紧地贴在玻璃板上,且不能起皱。
。
b将2个石墨电极分别放在滤纸纹路的垂直方向的两个边缘，用导线将其固定后连成闭合回路。
c把两根导线的另一端分别与学生电源的正负极相连
d将电压调到最大16V，用镊子选取一小粒（针头大小）的刚锰酸钾固体放在滤纸的中间位置，引导学生观察锰酸根离子的移动方向。
D实验现象
明显的观察到紫色的高锰酸根离子在外电场的作用下向阳极移动。
实验成功的关键
a尽量将滤纸紧紧地贴在玻璃板上（无气泡）,且不能起皱。
b所取的高锰酸钾晶体应尽可能小,最好只有一个点的大小。
2.设计成功电解水的装置
A装置图
B仪器和药品
6V，12V，16V的直流学生电源、导线2支、水槽、50ml的针筒2支、保险丝电极2支；蒸馏水、1：
10的H2SO4溶液
C实验步骤
a组合装置：
●用两个带刻度（60mL）针管代替刻度试管，作为集气管。
●电极材料由保险丝组成
●在水槽中注入（2000mL水+200mL98%的浓硫酸）混合均匀，作为电解质溶液。
●两个针管的管头密封，管内分别装满上述电解质溶液，然后把针管倒立过来，管口向下，放入水槽中，调节两针管之间的距离为5cm，尽量保持管内无气泡。
将电极放入管口，并固定电极位置。
●两根导线的另一端分别与学生电源的正负极相连。
●接通学生电源（选择电压值为6V）开始进行实验
●当与电源负极收集的气体达到50mL时，关上电源，记录另一边收集气体的体积及反应所用的时间。
b通过控制变量法分别从电压、电极距离两方面来探究电解水后产生的氢气与氧气的体积比为2:
1的适宜条件。
●保证其他条件完全相同，做电压为12V、16V时的实验。
同样的，记录实验结果。
电极间距：
5cm
●设置电极之间的距离分别为10cm、15cm、20cm，1：
10的H2SO4溶液作电解液，设置不同的电压6V、12V、16V，以收集满一针筒50ml的氢气为时间标准，记录时间和氧气的体积。
c实验现象
观察到两极上有气泡产生，同时观察到两针管中收集气体体积不一样。
与电源负极连接的一边收集的气体比较多。
d数据记录及结果讨论
a1：
电极距离（cm）
6V
12V
16V
5
tmin
6min18s
2min37s
1min36s
VH2（ml）
50
50
50
VO2（ml）
22.5
25
24
10
t/min
5min20s
1min40s
1min15s
VH2（ml）
50
50
50
VO2（ml）
24
25
24
15
t/min
5min30s
1min50s
1min11s
VH2（ml）
50
50
50
VO2（ml）
23
23
23
20
t/min
5min14s
1min15s
1min21s
VH2（ml）
50
50
50
VO2（ml）
22
24
22
a2：
⏹由上述实验数据分析可得，电极之间的距离为10cm比较理想，电解后氢气与氧气的体积比较接近2:
1。
⏹考虑到演示实验的时间控制，一般以2-3min为宜，固由上述实验数据分析可得采用12V的电压比较合适，16V的电压电解偏快，学生不好看清实验现象。
⏹由实验的探究得出较理想的实验操作条件：
电压12V、保险丝电极材料、以1：
10的H2SO4溶液作电解液、电极之间的距离为10cm。
实验成功的关键
1.每次固定电极的位置必须相同
2.实验前，针管内尽量保持无气泡
二、思考与讨论
1.什么叫离子迁移？
根据什么原理设计离子迁移实验？
答：
（1）离子在外电场的作用下发生定向运动称为离子迁移；
（2）设计离子迁移实验的原理：
在直流电的作用下，阳离子向阴极方向移动，而阴离子向阳极方向移动。
2.离子迁移实验具有怎样的教学功能？
答：
离子迁移实验具有的教学功能是以观察有特定颜色的离子在电场作用下的移动方向，让学生清楚直观地知道阳离子向阴极方向移动，而阴离子向阳极方向移动。
3.电解水的实验原理是什么？
这个实验从能量的转换上说明了什么问题？
答：
（1）电解水的实验原理是：
总反应为：
2H20=2H2+02（电解）
（2）这个实验从能量的转换上说明了电解池是将电能转化为化学能的一种装置。
4.根据电解水的实验原理，所设计的实验装置应具有哪些功能？
答：
所设计的实验装置应具有的功能：
a电极材料价廉易得，b装置简单，操作简便，c整个电解的时间不宜过长,d产生的氢气和氧气的体积比为2：
1。
5.本实验所用的水有何特别要求？
如何在电解前进行预处理？
答：
（1）本实验所用的水应该是蒸馏水；
（2）先电解一段时间后再开始收集气体。
6.怎样才能清楚地观察到电极反应？
如何收集和检验阴、阳极产生的气体？
答：
（1）为了能清楚地观察到电极反应，应该选择内阻小的电源，电压应选择在6-12V，电极要与电解质溶液配对使用（以氢氧化钠为电解液时，有铂、镍、铁、铅作电极材料均能满足要求，以硫酸作电解液时，有铂，保险丝等作电解材料），电解质溶液的浓度也要适当（氢氧化钠5%—10%，20%硫酸），尽可能使用氢氧化钠作电解液，在收集气体之前要先进行预电解；
2）检验阴、阳极产生的气体的方法：
取出气体体积小的那支试管，用带火星的木条伸直试管口，发现木条复燃，可知此气体为氧气；取出气体体积大的那支试管，移至酒精灯处，放开堵在试管口的大拇指，听到发出轻微的“噗”的一声，则可知此气体为氢气。
7.影响电解实验效果的因素主要有哪些？
电压、电极材料、电极间距离、电解质等因素对电解实验效果各有何影响？
答：
（1）影响电解实验效果的因素主要有电压、电极材料、电极间距离、电解质；
（2）A电压越高，电解速率越快，产生的气体气泡越小，不易观察实验中气体的体积比；
B电解质可以增强导电性，电解质溶液的酸碱度会影响气体在水中的溶解度，而且氧气的氧化能力随着酸性的增强而增强，会使氧气的消耗增加，使氢气和氧气的体积比大于2：
1；
C电极间的距离与电解速度成反比，距离越小电解的速度越快，产生的气体气泡越小，不易观察实验中气体的体积比；
8.是否用任何材料作电极、配以任何溶液作电解液，都适用于证明水的组成？
答：
不是，无论选用什么导体作电极，主要是考虑它和电解液及电解出的气体的作用，如果与电解液和电解出的气体都不反应，就是理想的电极．否则，就会产生较大偏差．
9.通过电解水的实验教学，应使中学生在知识、能力、方法、态度等方面有何发展？
答：
知识上：
知道电解水能产生氢气和氧气，并且它们的体积比为2：
1；
能力上：
培养观察、分析、归纳、推理的能力；
方法上：
了解确定物质组成的方法之一电解；
态度上：
激发学生学习化学的兴趣，让他们懂得珍惜水的重要性。
10.电解水实验教学的成功应表现在哪些方面？
答：
电解水实验教学的成功应表现在：
a演示实验产生的氢气和氧气的体积比为1：
2；b检验气体产物时能引导学生得出气体产物为氧气和氢气，得出水的组成；c培养学生观察、分析、归纳、推理的能力。
11.如果让你设计一种霍夫曼电解器的待用装置，原则上应考虑哪些方面的问题？
所需材料易得、实验现象明显、使用方便、节约药品、操作简便、安全。
12.设计一种霍夫曼电解器的待用装置，并画出装置图。
【实验最大收获】
1.通过探究实验，掌握了离子的迁移、电解水实验的操作技能和成败关键
2.了解各个实验的操作注意事项，避免实验中可能存在的或可能造成的危险
3..通过电解水实验掌握了确定水的组成的教学方法
【演示教学片断】水的组成
[导入]我们刚刚已经知道了水的物理性质，接下来我们要学习水的
化学性质。
那么组成水的元素又是什么呢？
那接下来我们就做一个实验来探究一下。
[板书]水的化学性质
[演示]电解水实验
1.简单介绍实验装置
2.在实验过程中引导学生观察实验现象
3.提醒学生注意针筒的刻度（即产生气体的体积）
[提问]有谁可以描述一下这个实验的现象呢？
[小结]电解水时，在两极都有气体产生，其中正极产生的气体与负极
产生的气体，体积比1∶2。
正负电极都有气体产生，那在两极产生的气体到底是什么呢？
我们来探究一下。
[演示]1.将正带火星的木条深入正极连接的针管中，看到木条复燃。
2.将装满气体的连接负极的针管口对准明火，听到有“噗”的一声。
[讨论]实验现象并得出结论。
[小结]正极产生的气体能使带火星的木条复燃，说明它是氧气。
负极
产生的气体对准明火，听到有“噗”的一声，它是氢气。
也就
是说水在电解后产生了氢气和氧气。
[板书]水------>氢气+氧气
[讨论]氢气是由什么元素组成的？
氧气又是由什么元素组成的？
水电解时只产生氢气和氧气，那么水是由什么元素组成的？
[小结]氢气是由氢元素组成的，氧气是由氧元素组成的，水电解时只产生氢气和氧气，所以水是由氢元素和氧元素组成
[板书]1．水是由氢元素和氧元素组成
[讲述]现在从微观角度，分析电解水这一反应。
在这个反应里，水分
子先分解生成氢原子和氧原子，两个氢原子结合成一个氢分
子，两个氧原子结合成一个氧分子，大量的氢分子、氧分子聚
集成氢气和氧气。
我们刚才也看到了产生氢气和氧气体积比2∶1，通过计算我们可以得出每个水分子中的氢原子和氧原子的个数比为2∶1。
[板书]2．每个水分子都是由2个氢原子和1个氧原子构成的。
[小结]也就是说水的化学式是H2O
[板书]3.水的化学式是H2O
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