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楚河漢界---電解後形成的中間分隔帶
by yangsp, 2011-09-25 10:10:36, 人氣(3211)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:陳聖文 E524017


楚河漢界---電解後形成的中間分隔帶

簡介

以通電方式促使氧化還原反應發生,由於在原先水溶液中加入指示劑和藥劑,而使得兩極分別呈現的不同顏色,若經過長時間的電解,則會在兩極的中間呈現明顯的米黃色塊分隔帶狀似楚河與漢界,如圖三所示。

示範步驟

1. 將所購買的洋菜剪短後,置入一個乾淨的 125 mL 燒杯,加入適量的蒸餾水,再加入數滴的酚太指示劑與約 2-5 mL 鐵氰化鉀溶液,然後以電熱板加熱,待洋菜完全溶解。
2. 靜置冷卻使洋菜膠固化。
3. 取得一 9 伏特的電池,在正負極分別用紅色與白色電線接上一支鐵釘,然後分別插入固化後的洋菜膠,仔細觀察變化的現象,如圖一所示。
4. 電解一段時間後可見到兩極發生明顯變化,如圖二所示。電解長時間之後,會在兩極的中間呈現明顯的米黃色分隔帶,如圖三所示。

圖一

圖二

圖三

溶液和器材

1. 酚酞指示劑:將 1.0 g 的酚 (phenolphthalein) 溶於 50 mL 的藥用酒精和 50 mL的水之混合溶液中。
2. 0.1 M 鐵氰化鉀溶液:將 3.3 g 的鐵氰化鉀(K3[Fe(CN)6](aq))溶於水中成為100 mL
3. 燒杯數個。
4. 蒸餾水少量。
5. 滴管數支。
6. 洋菜少量。
7. 電熱板一台。
8. 9 V 電池一個,鐵釘數根,導線兩條。
9. 剪刀一把。

原理和概念

1. 電解時陰極為還原反應,其半反應式如下:
4 H2O(l) + 2 e-(由 9 伏特電池提供電動勢) 2 H2(g) + 4 OH-(aq)
phenolphthalein指示劑 OH- 反應呈現粉紅色,此即會出現冒泡現象,氣泡為氫氣。
2. 電解時陽極為氧化反應,其半反應式如下:
Fe0(s) Fe2+(aq) + 2 e-  (流回電池以完成整個迴路)
3 Fe2+(aq) + 2 Fe(CN)63-(aq) Fe3[Fe(CN)6]2 (藍色)

教學提示

1. 陽極產生藍色,同時因為陽極的鐵釘進行氧化反應生成正二價鐵離子,故反應後陽極的鐵釘重量會減少。
2. 陰極產生粉紅色,因為是 H2O(l) 發生還原反應,故陰極的鐵釘僅作為傳遞自由電子的功用,在陰極附近可見到氣泡產生,此氣泡為氫氣。
3. 藍色 Fe3[Fe(CN)6]2 又稱為藤氏藍。
4. 若串聯兩個電池,則電解的速度會變的更快。

問題和參考答案

1. 試說明整個電路的電子迴路之方向?
答: 電子由電池的負極流出至反應系統中的 H2O(l),而且反應系統中的鐵發生氧化後流出電子至電池內,以構成迴路。
2. 若電解時間加長會有什麼現象發生?
答: 若在整個反應系統中的洋菜膠質層的厚度不厚的前提之下,電解時間加長,則會在兩極的中間會產生一條米黃色的分隔帶(此為楚河漢界命名之由來),其乃是因為過量 Fe2+ OH- 作用產生 Fe(OH)2 所致,Fe2+ 有可能繼續氧化成 Fe3+,而繼續與 OH- 作用而產生其他的化合物。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, p 195-196, Washington, D.C., American Chemical Society.
2. Harris, Daniel C., Quantitative Chemical Analysis, Fifth Edition, 1999, p 360, W. H. Freeman Company.

適用程度

國民小學 國民中學 ˇ高級中學 ˇ大學普通化學

安全

 ● 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

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