氯化钠溶液的电解

氯化钠溶液的电解，是让浓度唱主角的实验。在中五氧化还原平衡一章里，它显示阳极的产物并不固定：稀盐水给出氧气，浓盐水却给出氯气，因为氯离子的浓度改变了放电的是哪种离子。

请把两种浓度都做一遍、比较阳极气体，再用试卷三部分来陈述决定选择性放电的因素。

目的

用碳电极电解氯化钠溶液，辨认阴极与阳极处的气体，并研究溶液的浓度如何影响阳极处的产物。

仪器与材料

• 带两支碳（石墨）电极的电解池或 U 形管
• 用来收集气体的试管
• 电池或直流电源、电流计、开关与连接导线
• 稀氯化钠溶液与浓氯化钠溶液
• 木条与湿润的蓝色石蕊试纸
• 安全护目镜；可使用的通风橱

步骤

1. 把稀氯化钠溶液倒入电解池。
2. 装上两支碳电极，经开关、电流计与电池连接。
3. 把一支盛满溶液的试管倒扣在每支电极上，以收集生成的气体。
4. 合上开关，让电流通过，直到收集到足够的气体。
5. 用点燃的木条检验阴极的气体，用带火星的木条与湿润的蓝色石蕊试纸检验阳极的气体。
6. 断开开关，然后用浓氯化钠溶液重复步骤 1 至 5。
7. 把两种浓度下每支电极处的气体记录在表中。

预期观察

• 稀氯化钠溶液，阴极：收集到的气体使点燃的木条发出「噗」的一声，显示是氢气。阳极：收集到的气体使带火星的木条复燃，显示是氧气。
• 浓氯化钠溶液，阴极：气体使点燃的木条发出「噗」声，显示是氢气。阳极：黄绿色、气味刺鼻的气体，使湿润的蓝色石蕊试纸褪色，显示是氯气。
• 阴极周围的溶液逐渐变为碱性。

请报告你观察到的气体检验与颜色；不要编造收集到的气体体积。

推断与结论

在阴极，两种情形下氢都优先于钠放电，因为钠更具电正性、在电化学序中位置较高，其离子较难放电；来自水的氢离子获得电子被还原。在阳极，产物取决于氯离子的浓度。

在稀溶液中，氢氧根离子放电，释出氧气。在浓溶液中，氯离子浓度很高，于是改为氯离子放电，释出氯气。

这显示电极上的选择性放电不仅取决于在电化学序中的位置，也取决于离子的浓度。阴极的还原与阳极的氧化，使整个过程成为氧化还原反应。

留在阴极附近的碱性溶液是氢氧化钠，是在氢离子被移走时生成的。

科学过程技能（试卷三风格）

• 假设。 「氯化钠溶液越浓，阳极就越可能释出氯气而不是氧气。」要陈述浓度与产物之间一个可检验的关系。
• 变量。 操纵变量是氯化钠溶液的浓度；反应变量是阳极释出气体的身份；固定变量是所用电极、电压、溶液的体积与时间。
• 列表记录数据。 用列出浓度、阴极气体及其检验、阳极气体及其检验的表格。
• 作出推断。 从只有浓溶液时阳极才出氯气，推断氯离子浓度高有利于它放电。
• 操作性定义。 「选择性放电是指在电极上一种离子优先于另一种被释出，这里由溶液变浓时氯离子取代氢氧根放电所显示。」

安全须知

• 在通风橱中进行实验，因为浓溶液释出的氯气有毒并刺激肺部。
• 收集阴极气体时使它远离火焰，因为氢气易燃、可能爆炸。
• 佩戴安全护目镜，因为电解质溶液可能溅入眼睛。
• 只使用低压直流电源并保持双手干燥，以免触电。

常见错误

• 只用点燃的木条检验阳极气体、漏做石蕊试验，因而无法把氯气与氧气区分开。
• 让收集到的氯气逸入室内，而不在通风橱中操作。
• 以为阳极总是释出氯气，忽略了稀溶液给出的是氧气。
• 弄混哪种气体发「噗」声、哪种使木条复燃，把氢气与氧气对调。
• 使用相距太近的电极，使电解池短路。

我们如何协助

在我们以英文授课的在线一对一 SPM化学课里，老师会训练选择性放电的三个因素，在电化学序中的位置、浓度与电极材料，并以这个实验作为浓度效应最清楚的例子。学费由每小时 RM50 起，一节收费的一小时试课让你先看看阳极问题是怎样推理的再报读。

因为盐水电解还是 SPM化学 里别处工业氯碱工艺的基础，在这里弄懂它，就把你的实验工作连到了真实应用以及试卷二与试卷三的题目。