非铂电极电解水实验研究_电解水论文

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在中学化学教学实验研究课——“电解水”时，为了比较各类电极的优劣，可用铁钉、铅丝、铜丝、炭棒等材料作电极，制成双电极简易水电解器做实验。然而，其缺点：一是电解液腐蚀手，手接触碱液时，指甲缝有针扎痛之感，手肤滑腻，有切肤之痛，触碱液之手肤会脱一层肉皮，七天左右才能痊愈。碱液、酸液还会腐蚀衣服，其点到之处，必然滴一个漏孔。二是由于电极（如铁钉）和引线芯铜丝的接触部分密封措施差，引线芯铜丝裸露在外，与电解液接触，使得引线芯铜丝也充当了电极，使水发生了电解。换言之，电解水产生的气体是电极和它接触的裸露的引线芯铜丝作为异种材料、共体电极的产物。三是用于比较或选择最佳电极的实验时，步骤烦琐，费时费事，每换一种材料的电极就要做一次实验。四是每一次实验条件或因素（时间、两极距）不一和不当，难于控制，会得出相反、错误的结论，如电解水(10%NaOH)，铜电极比铁电极好。五是产生的氢气与氧气之比用无刻度试管接收，只能做定性、半定量之比较，无法像定量比较那样能使人心服口服。为了消除这些实验缺陷和不利因素，培养学生的创造性能力，探索水电解器（霍夫曼电解器）的代用装置，选择最佳电极材料，这里可用多电极并联式简易水电解器进行电解水的实验探究。其装置简易，安装方便，操作简便，安全定量，节时省事，实验次数少，一步到位。用于比较和选择最佳电极材料的实验，方法可行，实验效果明显，同一时间内电解水，各电极上所得实验现象：反应快慢、产气多少等尽现眼前。

一、实验用品

仪器：低压电源，400mL烧杯（直径6.5cm），10mL无刻度试管。

材料：导线部分（直径D=3mm，长L=150mm）：铁丝导线，铜丝塑料皮导线（室内装潢暗线），石墨棒（7号干电池炭棒），铅丝裸线（10A保险丝）；

其他材料：细橡胶管，气门芯（自行车用），引线（细铜丝芯），橡皮筋，10号胶塞。

工具：小刀、钳子、剪刀。

电解液：1∶10 溶液（1体积浓，10体积蒸馏水配制而成），10%NaOH溶液。

二、各类电极的制作

铜电极的制作：用小刀将15cm长的粗铜丝导线的一端剥去3cm塑料皮，另一端剥去2cm塑料皮。裸露出的3cm长的铜丝作为电极端；另一端作为连接引线端。

铅电极制作：将15cm长的铅丝插入10cm长的气门芯（充当绝缘皮）中，使铅丝两端裸露：一端长3cm，由于气门芯孔径D＜3mm，该端作为电极端，密封严，另一端作为引线端。

铁电极的制作：按照上述方法，将铁丝导线制作成铁电极。

石墨电极制作：将炭棒沿着帽端用小刀刻出一凹形圆环，将帽去掉，用15cm长的细铜丝芯导线与炭棒端凹形环相缠绕连接，并将炭棒连同导线插入10cm长的气门芯中，使炭棒露出端为3cm长，并将该端与导线相连处弯回，用橡皮筋捆绑形成钩形，另一端作为引线端。

用上述方法制作成的各类电极，其绝缘皮与电极的接触部分密封严，而连接引线端远在简易水电解器之外，不与水接触，不会充当电极，这就保证了各类电极是单种材料的纯电极。

三、实验内容和过程

1.装配多电极并联式简易水电解器

按照图1所示，将铁电极、铜电极、铅电极弯曲成钩形电极，用剪刀将细橡胶管剪成一极细的橡胶圈，套在10mm小试管上，由于套接后的橡胶圈有弹性且很细，相当于量筒的刻度线，试管上移动橡胶圈，便形成一条可移动的刻度线。将装满电解液的试管，用小而薄的透明塑料纸片堵上试管口，倒置试管，在大气压的作用下，塑料纸片能托住试管中的电解液，将其插入6.5cm盛有1/3碱液或酸液的烧杯中，顺便将试管口插入钩形电极中，这样手不接触酸碱液，便完全避免了肌肤被电解液的腐蚀。为了使3cm长的钩形电极裸露端全部装入试管中，要使绝缘皮部分也稍微弯曲向上约1cm。否则，电极（金属芯）暴露在试管外，产生的气体便会外逸，影响实验结果的准确性。按照图2所示，使各类电极的阴、阳电极环形对称布局在盛有电解液的烧杯内周边，这样各对电极的两极距相等，约为6.0cm。各电极另一端分阴、阳极并联，并使其分别连接在30cm长的两根引线的一端，使两引线的另一端分别连接在低压电源的正、负电极上。为了防止电解水开始后，生成的气体促使试管上浮，和保持各对电极两极距相等，可在环形对称布局的试管中间塞压一个10号胶塞。这样，便装配成了多电极并联式简易水电解器。电解完毕，拔掉10号胶塞。读取气体体积数时，要调整管内、外液面相平（连通器原理），即将装有气体的试管处于自由状态（否则读数有误），用铁夹小心夹住试管末端，用小玻璃棒移动细橡胶圈，使其处于电解液与气体间的凹形处，拿出试管，装水到该处，再将水倒入校正过的量筒中，便能准确测量出原气体体积为多少。