电解原理 电解就是将两根金属或碳棒(即电极)放在要分解的物质(电解质)中,然后接上电源,使电流通过液体。化合物的阳离子移到带负电的电极(阴极),阴离子移到带正电的电极(阳极),化合物分为二极。
电解过程 用电使化合物分解的过程就叫电解过程。
水(H
2O)被电解生成电解水。电流通过水(H
2O)时,氢气在阴极形成,氧气则在阳极形成。带正电荷的离子向阴极移动,溶于水中的矿物质钙、镁、钾、钠……带正电荷的离子,便在阴极形成,就是我们所喝的碱性水;而带负电的离子,在阴极生成。
电解水实验:
1.
实验装置图:2.
表达式:水
氢气+氧气
2H
2O
2H
2↑+O
2↑
3.
实验现象: (1)通电后两电极上都有气泡产生;
(2)与电源正极相连接的一端产生的气体比连接负极一端产生的气体少,
接负极一端玻璃管中气体的体积是接正极一端玻璃管内气体体积的2倍。
4.
产物检验 (1)正极一端的气体能使带火星的木条复燃,证明气体是氧气。
(2)负极一端的气体能燃烧,并看到微弱的淡蓝色火焰(或听到爆鸣声),
证明气体是氢气。
5.
实验结论: (1)水是由氢元素和氧元素组成的。
(2)1个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成。
(3)化学变化中,分子可以再分,原子不可以再分。
6.
注意事项: (1)实验前在水中加入少量的氢氧化钠或者稀硫酸,可增强水的导电性,
加快反应速率。
(2)实验开始时产生的氧气和氢气的体积会小于1:2,是因为氢气难溶于水,
氧气不易溶于水,开始产生的氧气有一部分溶于水,实验时间越长,
其比值越接近1:2。
电解水记忆口诀:
水中通入直流电,正氧负氢会出现;氢二氧一体积比,任何时候都不变。
知识梳理:
1 、固体 + 水
①实验步骤:计算—称量—量取—溶解
②实验器材:托盘天平 + 药匙(或镊子) ;合适的量筒 + 胶头滴管;烧杯 + 玻璃棒
③注意事项:计算、称量和量取都要准确,溶解时固体要溶解完全
2 、液体 + 水
①实验步骤:计算—量取—溶解
②实验器材:合适的量筒 + 胶头滴管;烧杯 + 玻璃棒
③注意事项:计算、量取都要准确,同时需要两种不同规格的量筒
配制溶液的步骤:
(1)用溶质和水配制一定溶质质量分数的溶液①实验用品:托盘天平、烧杯、量筒、胶头滴管、玻璃棒、药匙等。
②实验步骤:
计算→称量药品→量取水→搅拌溶解
a.计算所需溶质和水的质量;
b.用托盘天平称量所需溶质,倒入烧杯中;
c.把水的密度近似看作1g/cm
3,用量筒量取一定体积的水,倒入盛有溶质的烧杯里,用玻璃棒搅拌,使溶质溶解;
d.把配好的溶液装入试剂瓶中,盖好瓶塞并贴上标签(标签中应包括药品的名称和溶液中溶质的质量分数),放到试剂柜中。
③导致溶液质量分数变化的因素
a.称量时物质和砝码的位置放错,如止确称量5.8gNaCl,应在右盘放置5g砝码,再用0.8g游码,若放错位置,将砝码放在天平的左盘,则实际称量NaCl的质量为5g-0.8g=4.2g,这样会导致配制的溶液溶质质量分数变小;
b.量筒量取水的体积时读取示数错误,读取示数时仰视读数所量取水的实际体积大于理论值,将会使配制的溶液溶质质量分数变小;读取示数时俯视读数所量取水的实际体积小于理论值,将会使配制的溶液溶质质量分数变大;
c.将量筒中的水倒入烧杯时洒落到外面或未倒净,将导致溶液溶质质最分数偏大;
d.所用固体不纯,将会导致溶液溶质质量分数偏小;
e.计算错误可能会导致溶液溶质质量分数偏大或偏小。
配制溶液时导致溶质质量分数变化的原因:
在配制一定质量和一定质量分数的溶液过程中,经常会出现所得溶液溶质质量分数偏大或偏小的情况。
1. 所配溶液溶质质量分数偏小的原因:
①从计算错误角度考虑:水的质量算多了,溶质的质量算少了;
②从用托盘大平称量的角度考虑:天平读数有问题。药品和砝码放颠倒了,左盘放纸片但右盘没有放纸片,调零时,游码未拨回“0”刻度等;
③从用量筒量取液体的角度考虑:量取溶剂时,仰视读数了;
④从转移药品角度考虑:烧杯不干燥或烧杯内有水,量筒中的液体溶质未全部倒人烧杯中;
⑤从药品的纯度角度考虑:溶质中含有杂质
2. 所配溶液溶质质量分数偏大的原因
①称量时,所用砝码已生锈或沾有油污;②量取溶剂时,俯视读数了。
综合配制溶液的计算利用:
所提供的信息可选取多种方案配制所需的溶液。如现有KCl固体、蒸馏水、5%的KCl溶液、15%的KCl溶液,配制100g10%的KCl溶液,其方案有:
|
所需药品 |
主要步骤 |
一 |
10gKCl+90g蒸馏水 |
用天平称量10gKCl,用量筒量取90ml水,分别倒入烧杯,用玻璃棒搅拌至KCl固体全部消失 |
二 |
66.7g15%的KCl溶液33.3g蒸馏水 |
用量筒量取33.3mL水,用天平称66.7g15%的KCl溶液,混合均匀即可 |
三 |
5.3gKCl+94.7g 5%的KCl溶液 |
用天平称量5.3gKCl固体和94.7g 5%的KCl溶液,将5.3gKCl倒入94.7g5%的KCl溶液中,用玻璃棒搅拌至KCl固体全部消失 |
四 |
50g5%KCl溶液+50g15%KCl 溶液 |
用天平称量5%、15%的KCl溶液各50g,混合均匀即可 |
溶质质量分数:
1.
概念:溶液中溶质的质量分数是溶质质量与溶液质量之比。
2.
表达式:溶质质量分数=
=
3.
含义:溶质质量分数的含义是指每100份质量的溶液中含有溶质的质份为多少。如100g10%的NaCl溶液中含有10gNaCl.。不要误认为是100g水中含有10gNaCl。
应用溶质质量分数公式的注意事项: ①溶质的质量是指形成溶液的那部分溶质,没有进入溶液的溶质不在考虑范围之内。如在20℃时,100g水中最多能溶解36gNaCl,则20gNaCl放入50g 水中溶解后,溶质的质量只能是18g。
②溶液的质量是该溶液中溶解的全部溶质的质量与溶剂的质量之和(可以是一种或几种溶质)。
③计算时质量单位应统一。
④由于溶液的组成是指溶液中各成分在质量方面的关系,因此,对溶液组成的变化来说,某物质的质量分数只有在不超过其最大溶解范围时才有意义。
例如在20℃时,NaCl溶液中溶质的质量分数最大为26.5%,此时为该温度下氯化钠的饱和溶液,再向溶液中加入溶质也不会再溶解,浓度也不会再增大。因此离开实际去讨论溶质质量分数更大的NaCl溶液是没有意义的。
⑤运用溶质质量分数表示溶液时,必须分清溶质的质量、溶剂的质量和溶液的质量。
a.结晶水合物溶于水时,其溶质指不含结晶水的化合物。如CuSO
4·5H
2O溶于水时,溶质是CuSO
4。
溶质质量分数=
×100%
b.当某些化合物溶于水时与水发生了反应,此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na
2O溶于水时发生如下反应:Na
2O+H
2O==2NaOH。反应后的溶质是NaOH,此
溶液的溶质质量分数=
。
c.若两种物质能发生反应,有沉淀或气体生成,此时溶液中的溶质质量分数=
影响溶质质量分数的因素:
(1)影响溶质质量分数的因素是溶质、溶剂的质录,与温度、是否饱和无关。在改变温度的过程中若引起溶液中溶质、溶剂质量改变,溶质的质量分数也会改变,但归根结底,变温时必须考虑溶质、溶剂的质量是否改变。因而,影响溶质的质量分数的因素还是溶质、溶剂的质量。例如:
①将饱和的NaNO
3溶液降低温度,由于析出品体,溶液中溶质的质缺减少,溶剂的质量不变,所以溶液中溶质的质量分数变小。
②将饱和的NaNO
3溶液升高温度,只是溶液变成了不饱和溶液,溶液中溶质、溶剂的质量不变,因而溶液中溶质的质量分数不变。
(2)不要认为饱和溶液变成不饱和溶液,溶质的质量分数就变小;也不要认为不饱和溶液变成饱和溶液,溶质的质量分数就变大;要具体问题具体分析。
有关溶质质量分数计算的类型(1)
利用公式的基本计算 ①已知溶质、溶剂的质量,求溶质的质量分数。
直接利用公式:溶质的质量分数=
×100%
②已知溶液、溶质的质量分数,求溶质、溶剂的质量。
利用公式:溶质的质量=溶液的质量×溶质的质量分数
溶剂的质量=溶液的质量一溶质的质量
③已知溶质的质量、溶质的质量分数,求溶液的质量。
利用公式:溶液的质量=溶质的质量÷溶质的质量分数
④质量、体积、密度与溶质质量分数的换算
当溶液的量用体积表示时,计算时应首先将溶液的体积换算成质量后再进行相关计算。因为计算溶质的质量分数的公式中各种量都是以质量来表示的,不能以体积的数据来代替。
利用公式:溶液的质量=溶液的体积×溶液的密度
(2)
溶液的稀释与浓缩
|
方法 |
计算依据 |
计算公式 |
溶液的稀释 |
①加水稀释 ②加稀溶液稀释 |
①加水稀释前后,溶液中溶质的质量不变 ②用稀溶液稀释浓溶液时。稀溶液中溶质的质量与浓溶液中溶质的质量之和等于混合后溶液中溶质的质量 |
加水稀释:稀释前后溶液中溶质的质量不变 m浓×ω浓%=(m浓+m水)×ω稀% |
溶液的浓缩 |
①添加溶质 ②蒸发溶剂 ③加入浓溶液 |
①原溶液中的溶质与后加入的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 ②蒸发溶剂前后溶液中溶质的质量不变(没有溶质析出) ③原溶液中的溶质与后加入浓溶液中的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 |
蒸发浓缩:浓缩前后溶液中溶质的质量不变(m稀-m水)×ω浓%=m稀×ω稀% |
注意:
a.几种溶液混合,溶液的体积不能简单相加,即V
总≠V
A+V
Bb.混合后溶液的质量、溶质的质量可以相加,即m
总=m
A+m
B
c. 要求混合后溶液的总体积,必须依据公式V=m/ρ,所以要知道混合溶液的密度才能求出总体积。
(3)
饱和溶液中溶质质量分数的计算a. 固体溶解度的计算公式
根据固体溶解度的计算公式[溶解度(S)=
×100g]可推导出:
,
b. 溶解度与溶质质量分数的关系
|
溶解度 |
溶质质量分数 |
意义 |
物质溶解性的量度,受外界温度的影响 |
表示溶液中溶质质量的多少,不受外界条件影响 |
容积要求 |
100g |
无要求 |
温度要求 |
与温度有关 |
一般与温度无关 |
溶液是否饱和 |
一定达到饱和 |
不一定饱和 |
计算公式 |
×100g |
|
单位 |
克 |
无单位 |
联系 |
饱和溶液中溶质的质量分数= |
特殊的溶质质量分数的计算:(1)
结晶水合物溶于水时,其溶质指不含结晶水的化合物。
如CuSO
4·5H
2O溶于水时,溶质是CuSO
4。
溶质质量分数=
×100%
(2)
溶质只能是已溶解的那一部分,没有溶解的不能做溶质计算
如20℃时,20gNaCl投入到50g中水中(20℃时,NaCl的溶解度为36g)。20℃时50g水最多只能溶解18gNaCl,如溶质的质量为18g,而不是20g,所以该NaCl溶液的质量分数=18g/(50g+18g)×100%=26.5%。
(3)
当某些化合物溶于水时与水发生了反应,此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na
2O溶于水时发生如下反应:Na
2O+H
2O==2NaOH。反应后的溶质是NaOH,此
溶液的溶质质量分数=
。
(4)
某混合物溶于水,要计算某一溶质的质量分数,溶液的质量包括混合物与水的质量如5gNaCl和1gKNO3的混合物溶于100g水,计算NaCl的溶质质量分数:
ω(NaCl)=5g/(5g+1g+100g)×100%=4.7%。
(5)
利用元素的质量分数进行计算
溶液中溶质的质量分数与溶质中某元素的质量分数之间有着联系。溶液的溶质质量分数×溶质中某元素的质量分数=溶液中某元素的质量分数。
溶质质量分数的不变规律:(1)从一瓶溶液中不论取出多少溶液,取出溶液及剩余溶液的溶质质量分数与原来溶液中溶质质量分数相同。
(2)溶质、溶质质量分数均相同的两种溶液混合,所得溶液的质量分数保持不变。
(3)一定温度时,向某饱和溶液中加入该溶质,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(4)一定温度时,对某饱和溶液恒温蒸发溶剂,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(5)对于溶解度随温度升高而增大的物质来说,将其饱和溶液(底部没有固体时)升高温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变。而对于溶解度随温度升高而减小的物质(熟石灰)来说,降低温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
溶液的酸碱度及表示方法
1. 溶液的酸碱性:溶液呈酸性、碱性或中性,通常用指示剂来测定。
2. 溶液的酸碱度:指溶液酸碱性的强弱程度,即酸碱度是定量表示溶液酸碱性强弱的一种方法.溶液的酸碱度通常用pH表示。
3. pH的范围:0—14
溶液酸碱度和pH值的关系
溶液的pH值 |
溶液的酸碱度 |
<7 |
酸性溶液(pH越小,酸性越强) |
=7 |
中性溶液 |
>7 |
碱性溶液(pH越大,碱性越大) |
(1)呈酸性的溶液不一定是酸溶液,如NaHSO
4溶液呈酸性,但属于盐溶液;呈碱性的溶液不一定是碱溶液,如Na
2CO
3溶液呈碱性,但它也是盐溶液。
(2)粗略测定溶液的酸碱度常用pH试纸。
pH的测定方法:测定溶液pH通常用pH试纸和pH计。其中用pH试纸测定溶液pH的具体操作为:测定时,将pH试纸放在表面皿上,用干净的玻璃棒蘸取被测溶液并滴在pH试纸上,半分钟后把试纸显示的颜色与标准比色卡对照,读出溶液的pH,简记为:“一放、二蘸、三滴、四比”。
改变溶液pH的方法:溶液的pH实质是溶液中H
+浓度或OH
-浓度大小的外在表现。改变溶液中H
+浓度或OH
-浓度,溶液的pH就会发生改变。
方法一加水:只能改变溶液的酸碱度,不能改变溶液的酸碱性,即溶液的pH只能无限地接近于7。
①向酸性溶液中加水,pH由小变大并接近7,但不会等于7,更不会大于7(如下图所示)。
②向碱性溶液中加水,pH由大变小并接近于7,但不会等于7,更不会小于7(如下图所示)。
方法二加酸碱性相同,pH不同的溶液:原溶液酸碱性不会发生变化,但混合后溶液的pH介于两种溶液之间:
方法三加酸碱性相反的溶液:混合后发生中和反应,溶液的pH可能等于7,若加入的溶液过量,原溶液的酸碱性就会与原来相反(如下图所示)。
pH值测定时的注意事项:①不能直接把pH试纸浸入待测的溶液中,以免带入杂质,同时还可能溶解pH试纸上的一部分指示剂,致使比色时产生较大误差。
②不能先用水将pH试纸润湿再进行测定。因为将待测溶液滴到用水润湿后的pH试纸上,其溶质质量分数将变小。
③用pH试纸测得溶液的pH一般为整数。
了解溶液的酸碱度的重要意义: ①化工生产中许多反应必须在一定pH溶液里才能进行;
②在农业生产中.农作物一般适宜在pH为7或接近于7的土壤中生长;
③测定雨水的pH(因溶解有二氧化碳,正常雨水的pH约为5.6,酸雨的pH小于5.6),可以了解空气的污染情况;
④测定人体内或排出的液体的pH,可以了解人体的健康状况。
身边一些物质的pH: