影響電解水實驗現(xiàn)象的幾點因素

劉鵬

摘 要 在初中化學(xué)課程中，一項重要的實驗便是電解水的實驗，為了提升實驗效果，通常會在電解水實驗中加入NaOH或H2SO4溶液。但是影響電解水實驗結(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有或多或少的影響。本文主要就電解水實驗中影響實驗結(jié)果的幾點因素進行分析。

關(guān)鍵詞 化學(xué)實驗 電解水 外加電壓 溫度 因素

一、前言

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

電解水實驗原理和應(yīng)該出現(xiàn)的現(xiàn)象在化學(xué)詞典中都可以找到答案。電解水實驗的目的是為了測試水的組成結(jié)構(gòu)，是一項極其重要的化學(xué)實驗。不同的電解實驗可能會產(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驗。氫氣和氧氣兩種元素共同形成了水。同樣地，在通電后，水會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、實驗步驟

在本實驗項目中，普通市售的電解水是實驗對象；型號J1201—2的低電壓器作為實驗的電源[2]；光亮珀電極、保險絲、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；實驗在15攝氏度的室溫下進行，為了測試電壓對實驗的影響，分別使用6V、9V、12V外加電壓；將一個靈敏的電流計串聯(lián)在電路中，便于將電解水裝置電流的大小及時掌握；實驗的標(biāo)準(zhǔn)是收集到20ml H2時，記錄O2收集到的體積，并且用秒表對所花費的時間進行計時。

（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行電解

表1數(shù)據(jù)實驗結(jié)果是在NaOH溶液10%的濃度，15攝氏度的室溫下進行實驗的。

（二）在電解實驗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的速率，以此來將電解水實驗的效果進行提升。在本次實驗中，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，電解實驗中外加電壓為6V，標(biāo)準(zhǔn)為收集到20毫升氫氣時，記錄收集到氧氣的體積和所花費的時間，表2給出了實驗的結(jié)果數(shù)據(jù)。

三、實驗結(jié)果與探究

第一，利用保險絲、鐵釘、回形針、鉑（Pt）以及碳棒材料來做的電極對帶有一定量濃度的NaOH水溶液進行電解試驗，在一定程度上具有很好的實驗效果，而這種電極在對帶有一定量濃度的H2SO4的水溶液進行電解實驗時，卻不能實現(xiàn)同等效果，這主要是因為回形針和鐵釘這兩種物質(zhì)會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一定量濃度的H2SO4的水溶液進行電解，其主要原因是陽極所接收的氧氣十分稀少，達不到電解的條件。

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，這也就會在一定程度上達不到電解水的實驗效果。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)一個正比的關(guān)系。然而，過大的外加電壓會消耗大量的電壓，從而在觀察實驗現(xiàn)象上會出現(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，就電解水的實驗來說，高溫要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于低溫所產(chǎn)生的效果。

第五，Na2SO4溶液的加入會對電解水試驗起到促進作用，但其因為不參加兩端電極的反應(yīng)，所以效果肯定不如上述的另兩種溶液。

參考文獻：

[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驗設(shè)計[J].化學(xué)教育（中英文），2017（24）.

[2]蔡冉，陸龍喜.陸燁不同試驗方法對弱酸性電解水生成器殺菌效能評價結(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.電解水實驗條件探索與裝置改進[J].湖南人文科技學(xué)院學(xué)報，2001，24（4）：32- 35.