龙源期刊网
电解饱和食盐水的创新装置
作者：窦卓
来源：《化学教学》2016年第07期
摘要：对教材中电解饱和食盐水装置进行改进，设计价格低廉的仪器，使实验现象更明显、检验气体方法更绿色环保、实验更容易成功。将阳离子交换膜引进高中课堂，使定性实验提升到定量实验，电解后生成的H2、Cl2吸附在电极上，构成氢、氯燃料电池，启动二极管发光。该装置还能用于电解其他溶液。
关键词：电解；饱和食盐水；电解装置；阳离子交换膜；燃料电池
文章编号：1005–6629（2016）7–0050–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 问题的提出
电解饱和食盐水实验是高中电化学部分一个非常重要的实验，其在鲁科版教材[1]中使用的装置如图1所示，笔者通过多次教学实践发现此套装置有一些欠妥之处。
第一，此装置在U型管两侧均设有支管，产生的H2中会混入空气，进行点燃或爆鸣时不易成功；第二，实验时有Cl2外逸，对环境有污染；第三，此装置只能定性检验两极产生的气体，不能定量测试H2、Cl2气体的体积；第四，电极间的距离较大，影响电解速率；第五，由龙源期刊网
于阴极产生的NaOH会扩散到阳极区域与Cl2反应，导致部分产物发生变化；第六，学生没有亲眼看到教材上提及的隔膜的作用，导致学生对此缺少感性认识，也不利于学生对该部分内容的理解和掌握。综上所述，有不少教师对该实验进行了大胆改进。
陈达[2]老师的改进装置选用了排水法收集气体（如图2）。此法便于收集气体、有效减少了污染；在试管底部戳一个直径约为3mm的小孔，便于检验操作时，H2从试管底部小孔集中扩散出来，容易点燃；Cl2逸出量少，湿润的淀粉碘化钾试纸会变成深蓝色，污染小；还可以将小试管从固定片中取出，供学生近距离观察，气体不会泄漏。
但该装置在制作时存在一些困难：试管底部的小孔要用酒精喷灯烧至红热，然后用铁钉戳制而成，耗时耗能；得到的孔径可能大小不一，易导致试管破裂浪费；小孔虽利于气体的检验，但是也增大了电阻，需要用28V的电压才能实现明显的实验效果，消耗了更多的电能，而且大多数学校用的学生电源都不高于16V，不便于学生分组实验和普及使用。 龙源期刊网
电解饱和食盐水的化学方程式
电解饱和食盐水的化学方程式：2NaCl+2H2O=通电=2NaOH+H2↑+Cl2↑
电解饱和食盐水阳极上氯离子失电子发生氧化反应得到氯气，电解反应2Cl--2e-=Cl2↑，阴极上氢离子得到电子生成氢气，电解反应为2H++2e-=H2↑，总反应为2NaCl+2H2O==通电==2NaOH+Cl2↑+H2↑。
[扩展知识]
食盐水中的氯化钠(NaCl)和水(H2O)发生电离，通电后分别在阴极与阳极生成氢气(H2)与氯气(Cl2)。剩下的氢氧根离子与钠离子结合生成氢氧化钠(NaOH)。
工业上常用电解食盐水制取氢氧化钠。由于氯离子或氯气与氢氧化钠溶液接触会生成氯化钠和次氯酸钠(NaClO)，工业制氢氧化钠使用特殊构造的、带有离子交换膜(不允许带负电的氯离子或氯气通过)的电解槽隔绝氯离子或氯气与氢氧化钠。
原理：
在食盐水里氯化钠完全电离，水分子是微弱电离的，因而存在着Na、H、Cl、OH四种离子。即:
NaCl= Na+Cl
H2O⇌ H+OH-(可逆)
在电场的作用下，带负电的OH和Cl移向阳极，带正电的Na和H+移向阴极。
在阳极，Cl比OH容易失去电子被氧化成氯原子，氯原子两两结合成氯分子放出氯气。即: 2Cl-2e=Cl2↑(氧化反应)
在阴极，H比Na容易得到电子，因而H不断从阴极获得电子被还原为氢原子，氢原子两两结合成氢分子从阴极放出氢气。即:
2H+2e=H2↑ (还原反应)
H在阴极上不断得到电子而生成氢气放出，破坏了附近的水的电离平衡，因而水分子大量电离成H和OH，且生成OH的快慢远大于其向阳极定向运动的速率。因此，阴极附近的OH大量增加，使溶液中产生氢氧化钠:
OH+ Na= NaOH
所以电解饱和食盐水的总的化学方程式可以表示如下:
2NaCl+2H2O=通电=2NaOH+H2↑+Cl2↑
电解饱和食盐水阳极电极反应式
当食盐水被电解时，阳极上发生的反应式取决于阳极材料。如果我们使用铂或其他惰性金属作为阳极，反应式可以简化为：
2Cl^(aq) → Cl2 (g) + 2e-。
这意味着氯离子在阳极上失去电子并氧化成氯气。这是因为在电解过程中，氯离子是优先被氧化的物质。
然而，如果阳极是活泼的金属，比如铜或铁，反应式将会有所不同。在这种情况下，水分子也可能参与反应。以铁为例，反应式可以表示为：
4Cl^(aq) + 2H2O (l) → Cl2 (g) + 4OH(aq) + H2 (g)。
这意味着在阳极上，氯离子被氧化生成氯气，同时水也被氧化生成氢气和氢氧根离子。
因此，电解饱和食盐水时，阳极电极的反应式可能因阳极材料的不同而有所差异。在实际操作中，需要根据具体情况选择合适的材料以及了解可能发生的所有可能反应。
电解饱和食盐水的原理
电解饱和食盐水的原理是利用电解质的离解能力，将电流通过饱和食盐水中的离子，使其分解成对应的阳离子和阴离子。
饱和食盐水中的主要离子是钠离子（Na+）和氯离子（Cl-）。当一个外加电源连接到饱和食盐水中时，正极（阳极）吸引阴离子（Cl-），负极（阴极）吸引阳离子（Na+）。
在阴极上，由于电流的通入，氯离子（Cl-）接受电子而还原成氯气（Cl2）。在阳极上，钠离子（Na+）失去电子而氧化成氧离子（O2-）。然后，由于氯气比氧气更容易析出，氯离子（Cl-）生成氯气（Cl2），而氧气（O2-）则被水（H2O）还原成氢气（H2）。
整个反应的化学方程式可表示为：
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2
这样，电解饱和食盐水会产生氧气、氢气和氯气等气体，从而实现了水的电解分解。
