电解硫酸铜溶液

2022-08-22 21:02:13   文档大全网     [ 字体: ] [ 阅读: ]

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硫酸铜,溶液,电解
精品

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化学是有帮助的.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)CuSO45H2O晶体,200ML蒸馏水,碳(石墨)棒(市场上的圆规铅笔芯2b可替)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.

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.


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CuSO4溶液







通电

.实验原理:1.总反应 CuSO4+2H2O

= 2 Cu(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+ 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:

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阴极(与电源负极相连)2Cu

2+ +4e - = 2Cu

- 4 e - =O2 ↑+2H2O

阳极: (与电源正极相连)4OH-

.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。



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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。





PH













6.5

4~5

出现极少量红色物质附着

有极少量的气泡产生

碳棒断裂,原阳极位置液面上漂浮着少量气泡更换新碳棒



无明显现象 液面有所下降,下降了15ML

6.10 4~3

出现较少红色物质

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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

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湿润环境下,表面附着一层翠绿色的物质 Cu2OH2CO3

液面降140ML 酸性较

碱式碳酸铜



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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,

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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CuOCuCO3,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 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.

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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

Ba电极上的电子经溶液流向b再流入直流电源

C曲线PQ段表示产生H2O2的体积比为12

D.从开始到Q点收集到的混合气体中有0.1mol氧气

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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 2H2+O2↑,所以从OP点,生成的气体为氧气,从PQ点生成的气体是氧气和氢气, P点收集到nO2=1.12Lx2.4L/mol=0.05mol,从PQ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↑,PQ收集的氢气和氧气物质的量之比为21则从PQ点收集到的氢气物质的量是0.1mol、氧气的物质的量是0.05mol

. Ab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PQ段实质上是电解水,所以表示产生H2O2的体积比为21,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;











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