电解水实验方法的探讨，本文主要内容关键词为：方法论文,电解水论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中学化学教材中，为了研究水的组成，采用电解的实验方法展开讨论。但该实验的问题一是所生成氢气、氧气的体积比难以达到2:1，且氧气体积往往小于理论值。二是由于条件控制不好，整个电解过程时间太长。以往虽有不少改进办法，但一般都是从化学因素考虑得较多。我们知道电解水的实验是一个复杂的物理、化学变化，而影响因素又很多，条件比较难于摸清。笔者认为：一个成功的实验和装置要达到以下几个方面的指标：
1.生产的氢气、氧气体积比为2:1；
2.电极材料应是容易得到、价廉；
3.整个电解过程时间不宜太长；
4.装置简单，操作容易。
故笔者从以上要求分别作了一系列实验，对该实验进行了探讨。
一.电解液、电极材料的选择
1.电解液的选择
为了增加水的导电性，往往在水中加一些电解质，以缩短实验时间。表二是用20%H[,2]SO[,4]溶液、10%NaOH溶液作电解质和采用几种不同电极材料的条件下电解时产生氢气、氧气体积比的情况。
用20%H[,2]SO[,4]作电解液时，氧气体积明显偏小，主要原因是(1)阳极区副反应较多，生成H[,2]O[,2]、O[,3]等物质；(2)非铂电极在酸性条件下，极易发生氧化反应（铅电极除外）；(3)O[,2]的溶解度较H[,2]大。这里(1)(2)是主要原因。而用10%NaOH作电解液时，情况有所改观，铂、镍、铁、铅等作电极时产生的氢气氧气体积比都接近2:1。因此NaOH溶液较适合作电解水的溶液，浓度以10～20%为好。用铅作电极时，在H[,2]SO[,4]溶液中电解，其结果也令人满意，H[,2]SO[,4]浓度以20～30%为好。选择合适的浓度才能有较快的反应速度（见表一）。至于其它溶液，可能会产生较为复杂的副反应，故一般不作电解水的溶液。
2.电极材料的选择
表二列出了H[,2]SO[,4]溶液、NaOH溶液和不同电极材料的电解水实验结果。
以NaOH溶液作为电解液时，有铂、镍、铁、铅作电极材料能够满足要求。铁、镍、铅电极虽不是惰性电极，但它们是耐碱性腐蚀的金属，这些金属及其氧化物均不溶于NaOH溶液，故显示出较好的惰性。
铅在H[,2]SO[,4]溶液中的表现与铂电极相当，这是由于铅电极不与H[,2]SO[,4]溶液反应的缘故。
铜是一种两性金属在强碱性条件下电解时能与氧气反应，故在阳极区可见蓝色的CuO[2-][,2]生成。在H[,2]SO[,4]溶液中，铜阳极极易被氧化腐蚀，故在阳极区可见蓝色的水合Cu[2+]生成。这是由于铜的电极电位较小的缘故。
石墨阳极不论在H[,2]SO[,4]或NaOH溶液中，都易与氧气反应，所以石墨不能作电解水的电极。
二.电源的选择
提起电解水时的电源问题，对电压讨论较多。事实上电压高低并不能决定电解反应速度。法拉第定律告诉我们：电极上发生化学变化的物质的质量，与通过的电量(Q)成正比。故电解速度与△Q/△t成正比（与单位时间内通过的电量成正比），即与电流I成正比(I=△Q/△t)，故可得出结论电解速度与电流成正比。实验结果也正是如此。若要提高电解速度需提高电流I。
根据欧姆定律：I=ε/R+r，要增大电流可采取的措施是：
(1)增大电动势ε（可近似看成电源电压）；
(2)减少电路中的外电阻R；
①选择合适的电解液的浓度（参考表一）；
②缩短两电极的距离（改变电解装置）；
③增加电极的表面积。
这里选择合适的电解液效果最为明显，其次是增加电极的表面积。
(3)选用内阻小的电源（即r要小）；
内阻是电源的固有特性。一般可选用蓄电池，标称电流大的直流电源器等内阻小的电源。干电池、学生用直流电源器因内阻较大，作电解电源时反应速度较慢。
故选择合适的电源是决定反应速度的关键之一。
三.电解水实验的最佳条件和装置的探讨
通过以上对电解水条件的讨论笔者认为最佳搭配是：电极选用廉价的铁丝，电解液选择10%NaOH溶液，或电极选用铅（铅合金），电解液选择20%H[，2]SO[，4]溶液；电源要选择内阻小的电源，如蓄电池或功率大的电源变换器。
电解水的装置，教材中用的是霍夫曼电解器，但装置较笨重。现根据笔者多年的实验教学经验，设计了一套简易实用的电解水装置，对酸液，碱液电解都适用。如左下图收集管可用废滴定管改制，从滴定管中割取8～12cm的一段，下端用喷灯加热，使管口受热微微向里收口成直径为0.6cm的圆孔，管的上端配上一橡皮塞，橡皮塞上穿一镀镍铁丝。收集管做两支备用。实验时把两支收集管管底向上，用滴管将10%NaOH溶液加满。由于收集管管底小孔很小，所以收集管翻过来，溶液不会流出来，并插入盛有10%NaOH溶液的小烧杯中，然后通上直流电，片刻氢气就集满了（在一安培的电流作用下，收集一管H[,2]和半管O[,2]约需一分钟）。检验时将收集管倒过来，用明火点氢气可听“噗”的一声，用带火星的木条去检验氧气，木条可复燃。整个实验过程中，手不会接触到溶液。0
表一 18℃时H[，2]SO[，4]，NaOH的比电导（欧[-1].米[-1]）
表二 不同电解液和不同电极电解结果
