电解饱和食盐水的电化学原理

实验目的

分析电解饱和食盐水中的电子与离子移动,了解离子交换膜的作用。

实验原理

阳极:2Cl- - 2e- = Cl₂↑;阴极:2H₂O + 2e- = H₂↑ + 2OH-。总反应:2NaCl + 2H₂O =电解= 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑。Na+ 通过阳离子交换膜进入阴极区,与 OH- 形成 NaOH 溶液。

实验器材

• 饱和食盐水(阳极区)
• 纯水或稀氢氧化钠溶液(阴极区)
• 阳离子交换膜
• 石墨阳极
• 阴极
• 直流电源

实验步骤

1. 观察电解槽被阳离子交换膜分为阳极区和阴极区。
2. 确认阳极接电源正极,阴极接电源负极。
3. 观察电子在外电路中的流向。
4. 观察 Cl-、Na+、OH- 在溶液中的移动方向。
5. 写出两极反应式,说明各区域得到的产物。

实验现象与结论

阳极区产生氯气,阴极区产生氢气,阴极区氢氧化钠溶液浓度逐渐增大。Na+ 穿过交换膜向阴极区移动,阳极区食盐水浓度降低。结论:电解饱和食盐水可同时得到氯气、氢气和氢氧化钠。

注意事项

• 氯气有毒,氢气易燃,两种气体不能混合。
• 真实电解装置须严格控制电压并保持通风。

常见问题

离子交换膜起什么作用?

阳离子交换膜只让 Na+ 等阳离子通过,可防止 Cl₂ 与 H₂ 混合爆炸,也避免 Cl₂ 与 NaOH 反应。

电解时电子是怎样流动的?

电子由电源负极流向阴极,再由阳极流回电源正极。溶液中靠离子移动导电。