实验探索——电解氯化亚铁溶液

实验探索——电解氯化亚铁溶液

宋淑品

莱阳市文峰学校宋淑品

摘要：本文主要为探索将氯化亚铁溶液电解的实验结果，了解不同条件对溶液电解状态的影响。研究结果显示，电压等因素会影响到溶液电解状态，电压越低，溶液反应速率越低；电压越高，溶液反应速率越快，观察到的现象越明显。实验共分为三个阶段，每个阶段对比阴极状态与阳极状态差异性。

关键词：FeCl2溶液；电解实验；阴极状态；阳极状态

氢离子在很多惰性电极上都会有很明显的超电势现象，这使得氢离子的氧化性大大减弱，从而使得铁先析出。事实上，在一定条件下，含有同浓度的锌离子和氢离子的溶液中，因为氢离子的超电势，可以使锌先被析出。

一、实验仪器的准备

本次试验用到的主要仪器有以下几种：锌电极、dp酸度计、铜电极以及石墨电极。在实验药品方面，电解氯化亚铁溶液需要使用到不同浓度的溶液、淀粉碘化钾试纸、KSCN以及盐酸。

二、实验过程

（一）实验一

石墨阴极/阳极、酸碱度检测为4.91、电压设置在1.5V。本实验电解溶液为FeCl2溶液，剂量为1mol。

1、阴极状态

溶液在整个实验过程中未出现气泡，电极上产生了银灰色（偏银白）状态的析出物，析出物具有金属光泽。将析出物浸泡在盐酸溶液中，可发现析出物表面产生气泡。将电极周围溶液吸取少许，滴入KSCN，未出现明显反映；且将其酸化之后也没有发生化学反应。

2、阳极状态

与阴极相同，在整个实验中未产生气泡，且将淀粉碘化钾试纸润湿之后，试纸颜色未发生改变。经过长时间的电解处理，可发现电极周围的溶液在颜色上转为黄绿色，且液体相对更为浑浊。将阳极周围溶液吸取稍许，滴入至试管中。再向试管中滴入KSCN，可发现溶液颜色不改变。但若在试管中滴入少量盐酸使其酸化之后，可观察到溶液颜色变为红色。在电解操作结束之后，将石墨电极提起，仔细观察可发现电极上存在少量沉淀物，呈红褐色。

若将石墨阴极换为铜电极，所产生的现象基本上相似。但由于铜电极属于片状，而石墨电极属于圆柱体状，所以铜电极阴极正对阳极的那一面上产生了完整的镀层，但反面基本上未出现镀层。

（二）实验二

取1mol的FeCl2溶液，加入盐酸使其酸化，让其酸碱值发生变化，对比实验现象。取石墨阳极部分，铜片阴极部分，电压设定为1.5V。实验中酸碱值为4.91、2.30。本次研究所使用的电解质溶液均已检测，检测使用盐酸以及KSCN，可证明不含有铁离子。实验对比状态如下：

1、阴极状态

当酸碱值处于-0.43时，阴极部分存在数量较少的气泡，但此时铁若想要镀上，难度较大。当酸碱值为4.91与2.30时，阴极不会存在气泡。其中，当酸碱值为4.91时，阴极无法使用KSCN将铁离子检出。当溶液酸碱值为-0.43与2.30时，将阴极周围溶液吸取部分，将KSCN滴入，可发现两项溶液均转变为微红色。

2、阳极状态

溶液酸碱值越低，溶液越不易产生浑浊现象，且颜色变化会由于酸碱值的降低而逐渐变得不明显。但在酸碱值偏低情况下，使用KSCN将铁离子检测出的几率就越高。实验发现，即使不在溶液中加入盐酸，仍不会检测中氯气的存在。

（三）实验三

本次试验为重点在于了解电压对实验结果的影响。由于实验室对试验电压有限制，因此本次试验将电压设定为1.5V、3V、4.5V以及6V，未设计更高电压。将溶液浓度设定为每升1mol，酸碱值控制在3-4之间。去石墨阳极，铜片阴极。实验发现，设定的电压越大，实验速率越快，其产生的副反应就越多。

1、阴极状态

当电压为1.5V时，铜电极周围气泡产生并不明显甚至较难观察到。当电压为3V时，可观察到铜电极周围（水线部分周围）产生了极少量气泡，电镀仍然是主现象。当电压为4.5V时，铜电极周围产生了少量气泡，相对于3V而言数量稍微多一些。当电压为6V时，铜电极周围产生了数量相对更多的气泡，气泡可观察到自行冒出。另外，当电压为6V或是4.5V时，镀铁层基本上可以明显观察到是瞬间形成的；当电压为1.5V时，镀铁的速度极慢，需要至少一分钟才能够形成一层可明显观察到的铁。放进去之后，可立即去除，之后可观察到镀层，镀层呈银白色金属光泽。

2、阳极状态

当电压为4.5V时，需要在长时间静置状态下才能够观察到淀粉碘化钾试纸被润湿的部分产生了轻微蓝色。当电压为6V时，能够观察到淀粉碘化钾试纸被润湿的部分明显变蓝。其它现象两者相比均相同，只是在反应速度方面存在差异性，电压越高，反应速率越快。

三、实验分析

常规状态下，将浓度为每升0.1-2mol的FeCl2溶液电解，其产生的现象主要有以下两点：阴极状态下，亚铁被还原成了铁；阳极状态下，亚铁经过氧化之后成为了三价状态。在不同电压状态下，若电压偏离（例如电压控制在3V以下时），实验能够观察到的副反应较小。

酸碱值同样会影响到实验对比情况。当将溶液酸碱值降低时，在阳极状态下三价铁状态会受到影响，反应程度加大时可能对铁离子的迁移产生影响。在阴极状态下，溶液反应中产生氢气的可能性相对更高。使用铂黑电极或是铂电极作为阴极，存在产生氢气的可能性。其它电极的氢超电势相对较大，所以阴极产生的现象主要为亚铁离子放电。

本次研究中提到了电压变化对溶液化学反应状态产生的影响，但实际上，电压产生的影响仅为存在可能性影响，电流才能够占到主要影响地位。例如，电压设定为3V时，理论分析下能够超过阴极生成氢气的电势，但并非代表一定会产生氢气。若将电极形状加以调整，电流密度提升，超过亚铁放电的极限电流密度才能够保障产生氢气。另外，实验结果还与氢离子超电势情况相关，当FeCl2溶液（浓度为每升1mol）在没有被酸化时进行电解，理论上只有铂黑才能够形成极小的超电势。其它的例如石墨或是铜均为低氢超电势，仍无法产生氢气。

参考文献：

[1]李淑梅，丛自范，刘金堂.从氯化铅和氯化亚铁混合溶液中电解提取铅[J].有色金属（冶炼部分），2010，02：21-23+37.

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[3]姜昊，李雨，胡延鹏.亚铁盐溶液辐射变色剂量学研究[J].中国医学物理学杂志，2011，01：2340-2343.

[4]魏崇启.电解氯化铜溶液实验改进[J].化学教与学，2012，07：97.

作者简介：

宋淑品（1980.11.11），女，汉，山东莱阳人，2004年毕业于烟台师范学院汉语言文学专业，现在在莱阳市文峰学校工作，中学一级教师，初四化学教学工作