電解池形式對電解產(chǎn)物的影響

一個電解池所發(fā)生的電極反應(yīng)和生成產(chǎn)物是受眾多因素影響的，如電解池的形狀，電極材料及形狀，電極間的距離，電解液的濃度，兩極間導(dǎo)電溶液的體積和截面積，電解液里存在的和電解過程中產(chǎn)生的各種離子的放電順序及濃度，以及溫度等。同種電極材料，同種電解液，若構(gòu)成不同的電解池形式，電解產(chǎn)物也就有可能不同。下面以電解硫酸鈉溶液的實驗(用銅作陽極、石墨作陰極)為例進(jìn)行討論。

一、實驗用品 學(xué)生低壓電源，銅片(1cm×15cm)，石墨棒，16×200U形管，250mL燒杯，2%Na2SO4溶液，濃HNO3，2%氨水，2%Na2S溶液，pH試紙等。

二、實驗條件 室溫，常壓，電源電壓9~12V。

三、實驗過程及現(xiàn)象

1.用U形管作電解池:裝置如圖1所示，在U形管內(nèi)注入2%Na2SO4溶液，用銅片作陽極，石墨棒作陰極。

圖1圖2

電源接通后，首先在石墨棒的下端出現(xiàn)氣泡，緊接著有許多的氣泡包圍了浸沒在溶液中的石墨棒，匯成一股奔騰的氣泡流，迅速地上升到液面后消失。仔細(xì)觀察，浸沒在溶液中的銅片表面逐漸失去光亮，有被腐蝕的痕跡。

通電十分鐘后，陽極區(qū)溶液慢慢呈現(xiàn)淡藍(lán)色，在U形管內(nèi)A處(見裝置圖1，位置稍偏陰極)，開始出現(xiàn)藍(lán)色絮狀沉淀，隨著時間的延續(xù)，逐漸增多的沉淀物在A處聚集成環(huán)狀，緩慢地向兩邊伸展成圓柱形，將管內(nèi)溶液截為兩段，陽極區(qū)呈淡藍(lán)色，陰極區(qū)無色。石墨棒上產(chǎn)生的氣泡流仍連續(xù)不斷。銅片被腐蝕的痕跡已較明顯。

通電兩小時后，藍(lán)色圓柱增長至稍大于1cm，陽極區(qū)溶液仍呈淡藍(lán)色，陰極區(qū)溶液一直無色，石墨棒周圍氣泡流一如既往。

在通電兩小時的時候，分別從陽極區(qū)、陰極區(qū)吸取少量的溶液做以下試驗:

(1)分別逐滴加入稀氨水，陽極區(qū)溶液中，首先生成藍(lán)色沉淀，后沉淀溶解，試液變成深藍(lán)色，陰極區(qū)溶液仍呈無色;(2)分別加入Na2S溶液，陽極區(qū)溶液中，立即生成黑色沉淀，陰極區(qū)溶液仍呈無色;(3)蘸取陰極區(qū)溶液滴在pH試紙上，pH為12左右。

電源切斷后，取出石墨棒，未見其上有紅色物質(zhì)。將石墨棒下端置于適量的濃HNO3中，一段時間后，HNO3溶液不變色。取該溶液分為兩份，一份加入氨水以中和溶液中的HNO3，并過量，無沉淀生成;另一份滴入Na2S溶液，也無沉淀生成。

上述實驗說明:電解開始后，由于水電離出的H+在陰極上不斷得到電子而生成H2放出，破壞了附近水的電離平衡，水繼續(xù)電離出H+和OH-，H+又不斷被還原，結(jié)果使陰極區(qū)的OH-濃度增大。陽極Cu不斷被氧化成Cu2+進(jìn)入溶液，陽極區(qū)Cu2+濃度增大。電解一段時間后，達(dá)到生成Cu(OH)2沉淀所需濃度的Cu2+和OH-[Cu(OH)2的溶度積為1.6×10-19]在陽極區(qū)和陰極區(qū)的交界處相遇，結(jié)合成Cu(OH)2藍(lán)色沉淀。由于Cu2+和OH-在兩區(qū)交界處相遇結(jié)合，OH-“阻礙”了Cu2+向陰極區(qū)內(nèi)移動，陰極區(qū)溶液一直呈無色，用氨水、Na2S溶液也檢測不出其中Cu2+的存在(CuS的溶度積為8.5×10-45)，結(jié)果在陰極上，還是H+繼續(xù)放電，不斷生成H2放出，不可能有Cu析出。由于Cu2+和OH-在兩區(qū)交界處相遇并結(jié)合，Cu2+“阻礙”了OH-向陽極區(qū)內(nèi)移動，因此，Cu(OH)2沉淀只得在兩區(qū)交界處不斷生成聚集。

2.用燒杯作電解池:裝置如圖2所示，用寬1cm、長15cm的銅片作陽極，用寬2~4cm、長15cm的石墨作陰極(可用幾根石墨棒并排捆起來)，用2%Na2SO4溶液作電解液。

當(dāng)兩電極間距離為1cm左右時，閉合電鍵，立即可見石墨極上產(chǎn)生大量的氣泡并逸出，銅片表面很快變暗，其周圍的溶液在1分鐘左右變藍(lán)，經(jīng)過5分鐘后，可明顯看到石墨電極其向著銅片的一面附著析出的紅色物質(zhì)——Cu。溶液中沒有出現(xiàn)藍(lán)色沉淀。

調(diào)整兩極間的距離，石墨極上析出Cu的時間也隨之改變。一般來說，兩極間的距離越大，析出Cu的時間也需要延長且析出量減少。

同實驗1，可取燒杯中的溶液用稀氨水、Na2S溶液進(jìn)行檢驗，也可對石墨極上析出的Cu進(jìn)行檢驗。

上述實驗說明:電解開始后，由于水電離出的H+在陰極上不斷得到電子而生成H2放出，陽極Cu不斷被氧化成Cu2+進(jìn)入溶液，隨著電解的進(jìn)行，溶液中Cu2+濃度增大，在陰極上也逐漸有Cu析出，且為繼續(xù)電解時陰極上的主要生成物。溶液中Cu2+和OH-濃度較小，沒有達(dá)到生成Cu(OH)2沉淀所需濃度，所以無沉淀生成。

上述兩個實驗說明，同種電極材料，同種電解液，由于電解池形式不同，導(dǎo)致電解產(chǎn)物不同。

(責(zé)任編輯 廖銀燕)