對電解稀硫酸溶液得到氧氣與氫氣的體積比為1∶5且溶液變紅的探究

龍見濤

【摘要】 電解水時，為了增強水的導電性，通常要在水中加入少量的稀硫酸或氫氧化鈉溶液；電極材料通常用惰性材料為電極。本文就對我化學實驗室使用學校自購的H型水電解器（儀器編號：26002）電解稀硫酸，得到氧氣與氫氣的體積比為1∶5且接電源正極的玻璃管內溶液變為紫紅色的異常現象進行探究。

【關鍵詞】 電解稀硫酸 電極材料 異常現象 探究

【中圖分類號】 G633.8 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2015）06-027-02

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眾所周知，電解水得到氧氣與氫氣的體積比約為1∶2，實驗數據與理論相符。然而，我們實驗得到的結果說出來你都不信，但事實確實發生了（如圖所示）。按照開學初擬定的實驗教學計劃，我們把普通高中新課程標準實驗教科書化學必修1P13頁科學探究——【電解水】選定為學生實驗，我實驗室使用學校自購的H型水電解器（儀器編號：26002）作為電解水裝置，用1∶40的稀硫酸作為電解質溶液，學生實驗前，我們實驗教師已經進行過實驗預演，使用的電解器是2000年“普實”配送的儀器（儀器編號：2606），無異常實驗現象發生。但是，到學生實驗時，無一臺不是得到氧氣與氫氣的體積比為1∶5且接電源正極的玻璃管內溶液變為紫紅色（類似稀的高錳酸鉀溶液顏色），雖然實驗教師敷衍搪塞的回答了學生的疑問，但是幾位實驗教師感到奇怪，課后我們幾位實驗教師立即對這兩個異常現象展開實驗探究。

一、對學生實驗異常現象的探究

猜想1：可能是電解質的純度、電解質溶液的濃度、溶液的酸堿度的影響。

設計實驗方案一：

試劑和儀器

工業濃硫酸、分析純濃硫酸、氫氧化鈉固體、蒸餾水

燒杯、量筒（10mL200mL）、托盤天平、H型水電解器（26002型）等

實驗過程：分別用工業濃硫酸、分析純濃硫酸各配制1∶50、1∶100稀硫酸200mL，配制0.1mol.L-1、0.2mol.L-1氫氧化鈉溶液各200mL，將配制好的溶液分別注入6臺H型水電解器（26002型）里，直流電壓均為6V，接通直流電源，5分鐘后比較水電解器內發生的現象，結果見表：

由實驗現象可推知，使溶液變紅、氧氣與氫氣的體積比約為1∶5的現象與電解質溶液顯酸性有關，但是，在學生實驗前教師用同樣的酸進行過實驗預演，實驗現象無異常，不同的是使用的水電解器是2000年“普實”配送的儀器（儀器編號：2606），于是我們有如下猜想：

猜想2、可能是受電極材料的影響，才使溶液變紅、氧氣與氫氣的體積比約為1∶5的現象。

設計實驗方案二：該實驗方案同于方案一，其它條件不變，改變電極材料，5分鐘后比較水電解器內發生的現象，結果見表：

實驗結果分析：

由實驗一、二結果看，無論是用工業品硫酸還是分析純硫酸作電解質，在電解器內發生的異常現象與電極材料有密切關系。

那么，我校實驗室自購的這種水電解器里的電極材料是什么材料呢？有人猜想它是一種合金，可能含有鐵、錳、鉻等金屬或合金，也有老師說：“看它的顏色是銀白色的，硬度也大，可能是不銹鋼”。于是，我們結合我校實驗室現有的條件對電極材料組成成分進行膚淺的探究。

二、對電極材料組成成分的探究

實驗1取出水電解器的電極材料放在桌面上，用磁鐵吸引兩根電極材料均被磁鐵吸取，但吸引力較弱，說明電極材料是含鐵或鉻的合金。

實驗2分別取出正、負極玻璃管內電解后的溶液約3毫升置于兩支試管中，向試管中滴加0.05mol·L-1的硫氰化鉀溶液，結果只有從接電源正極玻璃管內取出的溶液立即變得鮮紅，實驗說明溶液中含有Fe3+。再取正、負極管內的內溶液各5毫升置于試管中，使手電筒光從試管一側照射溶液，可以看到從正極管內取出的紅色液體形成一條光亮的“通路”（如圖所示）。實驗說明該溶液是膠體溶液。

實驗1、2說明電極材料為鐵的合金。

三、對學生實驗中產生的溶液變紅以及氧氣與氫氣的體積比約為1∶5的現象分析

假如該電極材料是鐵的合金（不銹鋼），不銹鋼的主要成分是鐵，用正極接鋼發生正極反應Fe—2e→Fe2+，Fe2+易被氧氣氧化成Fe3+，負極反應2H++2e→H2↑，因為是稀硫酸估計酸不夠，馬上負極反應就變成中性溶液中的反應O2+2H2O+4e→4OH-，OH-移動到正極管內發生反應：Fe3++3OH—→Fe（OH）3紅褐色，少量不是沉淀是膠體，所以看到溶液變紅。由于負極發生有氫氣生成的電極反應，所以得到的氫氣的體積增多。

實驗啟示：

做電解反應一般都用惰性材料做電極，如鉑、石墨碳棒等，用氫氧化鈉溶液來增強水的導電性；如果不明電極材料的成分，我們就電解氫氧化鈉稀溶液，若要用不銹鋼做電極也只能做負極問題倒不大。