電解水實驗的改進(jìn)與思考

〔關(guān)鍵詞〕 電解水實驗;電解液;電解電壓;實驗效果;實驗儀器

〔中圖分類號〕 G633.8〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463(2010)11(A)—0057—01

水的電解是證明水是不是由氫和氧兩種元素組成的實驗。課本里原來采用的是霍夫曼水解器。現(xiàn)有的教材雖已改成了倒覆試管式，但都不能取得理想的實驗效果。尤其是在進(jìn)行電解水實驗時，所得到的氫氣和氧氣的體積比往往明顯地偏離理論上的2:1，氧氣的量總是小于理論值。若電解質(zhì)和電極再選擇不當(dāng)，甚至在陽極上根本得不到氧氣。因此，這需要我們對實驗進(jìn)行更深一層的分析和探討，以尋求更新的實驗思路和方法。

一、 影響電解水實驗結(jié)果的因素

1. 氫氣和氧氣在水中的溶解度不同。室溫下，每升水可溶解18.2ml的氫氣或31.0ml的氧氣(氣體的壓強(qiáng)為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時)。由于溶解度不同，電解水時氧氣的體積總是略小于些。實驗表明，氣體在管內(nèi)所承受的水壓越大，氫氣和氧氣在水里的溶解度差別就越明顯，體積比偏離理論值2:1就越多;降低管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，可以明顯地縮小氫氣和氧氣在水中溶解度的差別。

2. 電解水時的介質(zhì)不同，直接影響著電解結(jié)果。電解水時加入少量硫酸，實際上電解的不是純水而是稀硫酸，實驗結(jié)果的偏差主要是由副反應(yīng)所造成:2H2SO4=2H++2HSO4ˉ，又由于在陽極處生成的H2O2由于濃度較稀，而且在酸性溶液里比較穩(wěn)定，不易分解出氧。這樣，電解所得氧氣的體積就低于理論值。

3. 電解液和電解電壓的影響。電解電壓和電解液及其濃度對水電解所得的氫、氧兩種氣體體積也有一定的影響。電解液濃度一定時，電壓越高，電解速度越快。氫氧體積比就越接近2:1;電壓一定時，電解液濃度越大，電解速度越快，氫氧體積比也越接近2:1。

4. 電解材料的性質(zhì)是影響電解水氫氣和氧氣體積比的重要因素。在各種電極材料中，鉑電極備受青睞，原因是它不受氧化，氫和氧在鉑電極的超電壓都很小，鎢、鉬電極也較好。但是鉑這種貴金屬，對于氫的溶解度很小，而溶解氧的本領(lǐng)卻很大，1體積的鉑能溶解70體積左右的氧，而且這些材料在一般中學(xué)里找不到。因而，在簡易電解器中，多采用其他金屬材料作電極。據(jù)驗證，當(dāng)采用5～10%氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液作電解液時，鐵釘或粗鐵絲、不銹鋼片等都是較好的電極材料。因為在這種條件下進(jìn)行電解，這些電極的陽極表面能形成難溶的保護(hù)膜，這就避免了電極材料在電解過程中不斷被氧化、溶解，不至于使生成的氧氣又被消耗掉。

二、如何保證良好的實驗效果

1. 注意電極材料與電解液的匹配，并將兩極固定使用。在正式實驗之前先進(jìn)行一次電解，使陰極表面氧化而形成保護(hù)膜，在正式實驗時仍以該電極作電極。

2. 電解時暫不收集，使氣體在電解液中飽和，或事先在電解液中通入氧氣，使之飽和。

3. 電解水時電壓盡可能高一些，一般不低于6V;電解液以氫氧化鈉溶液為好，濃度不低于10%，但不論采用稀硫酸或氫氧化鈉作為電解質(zhì)，都要盡可能純凈。

三、多用電化學(xué)實驗儀器

用途:該實驗儀器屬實用型電化學(xué)教學(xué)儀器。主要用作原電池、快速電解、快速電鍍及有色離子的定向移動等系列的電化學(xué)實驗。

原理:實驗儀器主要在結(jié)構(gòu)上應(yīng)用活動隔膜板來縮短兩電極的距離，增大離子通過的橫截面積達(dá)到有效地減小電解質(zhì)溶液的內(nèi)阻。并對電化學(xué)的諸因素(如電極的材料、形狀、大小及位置;電解質(zhì)溶液的濃度與構(gòu)成;電壓及電流等)都從教學(xué)角度進(jìn)行了研究。因此，它具有顯示明顯，反應(yīng)速度快，能見度大，準(zhǔn)確性高，對現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)統(tǒng)編教材規(guī)定的有關(guān)產(chǎn)物能卓有成效地檢驗等優(yōu)點。

主要特點分析:

1. 一器多用。在同一儀器中，只要更換不同的溶液、電極和某些操作方法，即可做幾種不同的實驗。2. 同一實驗多用。在同一個實驗中，本實驗儀器可改變不同的反應(yīng)條件來實現(xiàn)不同的效果(如原電池實驗，快速與變速電解等)。3. 反應(yīng)速度快。電解電壓為24V時，電解反應(yīng)均1分鐘內(nèi)完成;電鍍只需10秒鐘。若電解電壓為12V時，時間稍長;即使用電解電壓為6V的干電池或蓄電池，也有明顯效果。