劉鵬

摘 要 在初中化學(xué)課程中，一項(xiàng)重要的實(shí)驗(yàn)便是電解水的實(shí)驗(yàn)，為了提升實(shí)驗(yàn)效果，通常會(huì)在電解水實(shí)驗(yàn)中加入NaOH或H2SO4溶液。但是影響電解水實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素有很多，比如NaOH或H2SO4加入的濃度、電極的制作材料、外加電壓以及溫度等都會(huì)有或多或少的影響。本文主要就電解水實(shí)驗(yàn)中影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的幾點(diǎn)因素進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞 化學(xué)實(shí)驗(yàn) 電解水 外加電壓 溫度 因素

一、前言

初中化學(xué)課程中，電解水實(shí)驗(yàn)是我們最初接觸到的實(shí)驗(yàn)之一，同時(shí)也是最重要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，但是該實(shí)驗(yàn)在目前課改版的化學(xué)教材中并沒有對(duì)其進(jìn)行詳盡的描述。在具體的電解實(shí)驗(yàn)中用純水，用任何一種材質(zhì)的電極，甚至將外加電壓加壓到12V，都很難在短時(shí)間內(nèi)收集到一定量的H2和O2，并沒有體現(xiàn)出明顯的實(shí)驗(yàn)效果[1]。所以，為了將實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行提升，實(shí)驗(yàn)老師都會(huì)將一定濃度的NaOH或H2SO4溶液加入到實(shí)驗(yàn)中。在該實(shí)驗(yàn)中，NaOH或H2SO4溶液的濃度、電極的制作材料、外加電壓以及溫度等因素都會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的效果。在某種程度上，為了確保實(shí)驗(yàn)條件的理想性，本文主要比較電解水實(shí)驗(yàn)中影響效果的幾個(gè)因素。研究手段是通過各種正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)，努力找到一種最優(yōu)組合去達(dá)到一種高效率的實(shí)驗(yàn)。通過全面分析不同的實(shí)驗(yàn)效果，掌握各個(gè)組合全面實(shí)驗(yàn)情況，以達(dá)到最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件。

電解水實(shí)驗(yàn)原理和應(yīng)該出現(xiàn)的現(xiàn)象在化學(xué)詞典中都可以找到答案。電解水實(shí)驗(yàn)的目的是為了測試水的組成結(jié)構(gòu)，是一項(xiàng)極其重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。不同的電解實(shí)驗(yàn)可能會(huì)產(chǎn)生不同的生成物，根據(jù)生成物的不同，常見的有電解水型、分解電解質(zhì)型等幾種類型的電解實(shí)驗(yàn)。氫氣和氧氣兩種元素共同形成了水。同樣地，在通電后，水會(huì)被電解成氧氣和氫氣。氧氣的產(chǎn)生是在正極，而氫氣則是在另一端的負(fù)極。電解水的化學(xué)方程式是：

2H2O=2H2+O2

二、實(shí)驗(yàn)步驟

在本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，普通市售的電解水是實(shí)驗(yàn)對(duì)象；型號(hào)J1201—2的低電壓器作為實(shí)驗(yàn)的電源[2]；光亮珀電極、保險(xiǎn)絲、回形鐵釘以及碳棒分別作為電極使用；并加入適當(dāng)濃度的NaOH或H2SO4溶液；實(shí)驗(yàn)在15攝氏度的室溫下進(jìn)行，為了測試電壓對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，分別使用6V、9V、12V外加電壓；將一個(gè)靈敏的電流計(jì)串聯(lián)在電路中，便于將電解水裝置電流的大小及時(shí)掌握；實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)是收集到20ml H2時(shí)，記錄O2收集到的體積，并且用秒表對(duì)所花費(fèi)的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。

（一）使用的電極用不同的材質(zhì)、NaOH或H2SO4溶液用不同的濃度進(jìn)行電解

表1數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在NaOH溶液10%的濃度，15攝氏度的室溫下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。

（二）在電解實(shí)驗(yàn)中使用溫度不同的電解質(zhì)溶液

電解質(zhì)溶液溫度的提高，有助于在溶液中加快離子往兩極移動(dòng)的速率，以此來將電解水實(shí)驗(yàn)的效果進(jìn)行提升。在本次實(shí)驗(yàn)中，固定NaOH溶液的濃度為2%，溫度分別設(shè)為15攝氏度、30攝氏度和45攝氏度，電解實(shí)驗(yàn)中外加電壓為6V，標(biāo)準(zhǔn)為收集到20毫升氫氣時(shí)，記錄收集到氧氣的體積和所花費(fèi)的時(shí)間，表2給出了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與探究

第一，利用保險(xiǎn)絲、鐵釘、回形針、鉑（Pt）以及碳棒材料來做的電極對(duì)帶有一定量濃度的NaOH水溶液進(jìn)行電解試驗(yàn)，在一定程度上具有很好的實(shí)驗(yàn)效果，而這種電極在對(duì)帶有一定量濃度的H2SO4的水溶液進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)時(shí)，卻不能實(shí)現(xiàn)同等效果，這主要是因?yàn)榛匦吾樅丸F釘這兩種物質(zhì)會(huì)與該水溶液中的酸產(chǎn)生一定的反應(yīng)。除此之外，利用碳棒做成的電極也無法對(duì)一定量濃度的H2SO4的水溶液進(jìn)行電解，其主要原因是陽極所接收的氧氣十分稀少，達(dá)不到電解的條件。

第二，水溶液中的NaOH或H2SO4的濃度越大，電解的效果越明顯。但需要注意的是，這兩種化學(xué)物質(zhì)的濃度越高，其酸性或堿性效果也就越突出，這也就會(huì)在一定程度上達(dá)不到電解水的實(shí)驗(yàn)效果。因此，NaOH或H2SO4的濃度必須要在適宜的范圍之內(nèi)，正常保持在5%以下最為合適。

第三，外加電壓、通過電解回路的電流以及電解速率這三者之間呈現(xiàn)一個(gè)正比的關(guān)系。然而，過大的外加電壓會(huì)消耗大量的電壓，從而在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象上會(huì)出現(xiàn)一定程度的困難。因此，需要將外加電壓保持在12V以下。

第四，就電解水的實(shí)驗(yàn)來說，高溫要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于低溫所產(chǎn)生的效果。

第五，Na2SO4溶液的加入會(huì)對(duì)電解水試驗(yàn)起到促進(jìn)作用，但其因?yàn)椴粎⒓觾啥穗姌O的反應(yīng)，所以效果肯定不如上述的另兩種溶液。

參考文獻(xiàn)：

[1]周炎，王兆杰，劉大鵬.自支撐電極材料的制備及其電解水性能實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教育（中英文），2017（24）.

[2]蔡冉，陸龍喜.陸燁不同試驗(yàn)方法對(duì)弱酸性電解水生成器殺菌效能評(píng)價(jià)結(jié)果的影響[J].中國消毒學(xué)雜志，2017（8）.

[3]金樂，郭建平，戴麗鴻.電解水實(shí)驗(yàn)條件探索與裝置改進(jìn)[J].湖南人文科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，24（4）：32- 35.