徐克
浙江省瑞安中学瑞安 325200
摘要：本文对苏教版《实验化学》选修模块拓展课题5-3“用铜电极电解饱和食盐水”的实验原理及不同条件下的实验现象进行探究。
直插led灯珠关键词实验化学电解
一、问题的提出
1、背景
根据教材上的实验描述，用铜作阴、阳极电解饱和食盐水，可以观察到许多不同的实验现象。 （1）电解开始后，与电池负极相连的铜丝（阴极）在液面下变暗，同时伴有大量气泡产生，与电池正极相连的铜丝（阳极）的颜（紫红）不变，但由粗变细。
（2）电解开始约30s内，阳极附近略显白浑浊，然后开始出现橙黄浑浊，进而生成较多的橙黄沉
淀。随着沉淀量的不断增加，橙黄沉淀慢慢聚集在烧杯底部。
2、意义
（1）教材编写组提供实验论据及建议；
（2）一线教师提供实验教学素材；
（3）有利于培养学生分析、解决问题的能力和严谨的科学研究方法。
根据已有的知识，铜的常见氧化态为+2价，而在此实验中并没有产生经典的含有Cu2+特征的化合物（蓝），这是为什么呢？如果改变实验条件，在不同的NaCl浓度下进行电解，反应现象又会有什么不同呢？对此，我们进行了实验探究。 二、实验过程
我们查阅文献并向实验室老师做了咨询，设计了如下几组实验。
实验用品：3A稳流电源、电解槽（烧杯）、1mol/LNaCl溶液，2mol/L NaCl溶液，3mol/L NaCl溶液，饱和NaCl溶液（6.15mol/L），铜电极、导线、试管、氨水。
三、实验原理
通过查询有关金属铜及其化合物化学性质的文献资料，并结合实验现象，推测得出
1. 铜电极电解NaCl 稀溶液
阳极 +-=-22Cu e Cu 阴极 ↑+=+--22222H OH e O H
总反应方程式 ↑+=+222)(2H OH Cu O H Cu
其中生成2)(OH Cu 的反应是控制反应。
2. 铜电极电解饱和NaCl 溶液
阳极 +-=-Cu e Cu 222 阴极 ↑+=+--22222H OH e O H
①↓=+-+CuCl Cl Cu （白） ②--+↓=+Cl CuOH OH
CuCl )(橙黄
③O H O Cu CuOH 22)(2+=砖红
电流器其中③为控制反应
四、分析与讨论 实验表明，铜电极电解较浓NaCl 溶液时，阳极电解产物为Cu + 化合物，最终生成砖红的Cu 2O ；铜电极电解较稀的NaCl 溶液时，阳极电解产物为Cu 2+化合物，最终生成Cu(OH)2
电解液中NaCl 的浓度不同时，阳极电解产物为什么会不一样？Cu +化合物和Cu 2+化合物的产生对于NaCl 溶液的浓度又有什么不同的要求呢？
（1）铜的电极电势
在此实验的特定条件下，阳极铜的电极电势需要通过计算方法得出。要计算用铜电极电解饱和食盐水时的铜电极电势，就要寻影响铜阳极发生化学反应的因素和等量关系，以分析铜在不同条件下的反应倾向。
假设铜阳极电解产物为Cu 2+化合物时，根据总反应Cu+2H 2O=Cu(OH)2↓+H 2↑得出2c(Cu 2+)=c(OH -)。查资料得K sp [Cu(OH)2]=6.0×10-19，φCu Cu /2+Θ
=0.337V
推断此时溶液中c （Cu 2+）为：c （Cu 2+）C 2（OH -）=K sp [Cu （OH ）2]=6.0×10-19
∴c(Cu 2+)=5.31×10-7
mol/L 据此推断铜阳极电极电势：φCu Cu /2+=φCu Cu /2+Θ+nF RT ln 1
)(2+Cu c =0.337V+2
0591.0lg （5.31×10-7）=0.1516V (2)对于教材中实验生成Cu +化合物的解释：
假设阳极电解产物为Cu +化合物时，已知φ
Cu
C /+Θ=0.521V,K sp (CuCl ）=1.2×10-6，饱和NaCl 溶液中c(Cl -)=6.15mol/L 则φCu Cu /+=φCu Cu /+Θ+nF RT ln 1)(+Cu c =0.0521V+10591.0(1.95×10-7mol/L) =0.1245V
此时φCu Cu /+=0.1245V<φCu
Cu /2+=0.1516V 所以阳极铜更倾向于形成Cu +化合物，且根据c(Cu +)=)
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()(-Cl c CuCl Kspc ，可推断出铜电极电势φCu Cu /+与c(Cl -)成反比例关系，c(Cl -)越大，铜阳极电极电势φCu Cu /+
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越低，也就越倾向于生成Cu +化合物。
（3）决定阳极电解产物的NaCl 浓度值
由（1）可知，生成Cu 2+化合物时铜阳极电极电势为φCu Cu /2+
=0.1516V，那么当电极电势为
0.1516V 时，若能生成Cu +化合物，可得φCu Cu /+=φCu Cu /+Θ+nF RT ln c （Cu +）=φCu Cu /+Θ+nF RT ln )()(-Cl c CuCl c K sp =0.521V+10591.0lg )(102.16芯棒
--⨯Cl c =0.1516V 解得c(Cl -)=2.14mol/L
即此时c(NaCl)=2.14mol/L ，这个值就是阳极电解产物发生变化的临界点。
五、结论：
当c(NaCl)>2.14mol/L 时，铜阳极电解产物为Cu +化合物，析出砖红沉淀Cu 2O ；
当c(NaCl)<2.14mol/L 时，铜阳极电解产物为Cu 2+化合物，析出蓝沉淀Cu(OH)2；但是当c(NaCl)小于2.14mol/L 时，由于电解液中消耗的只是水，不消耗NaCl ，所以随着反应的进行，NaCl 的浓度不断升高，一旦超过2.14mol/L ，铜极就会倾向生成Cu +化合物。
参考文献
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[1] 王祖浩. 实验化学. 江苏: 江苏教育出版社, 2009，6:70-71
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