影响电解水实验现象的几点因素

刘鹏

摘 要 在初中化学课程中，一项重要的实验便是电解水的实验，为了提升实验效果，通常會在电解水实验中加入NaOH或H2SO4溶液。但是影响电解水实验结果的因素有很多，比如NaOH或H2SO4加入的浓度、电极的制作材料、外加电压以及温度等都会有或多或少的影响。本文主要就电解水实验中影响实验结果的几点因素进行分析。

关键词 化学实验 电解水 外加电压 温度 因素

一、前言

初中化学课程中，电解水实验是我们最初接触到的实验之一，同时也是最重要的一项实验，但是该实验在目前课改版的化学教材中并没有对其进行详尽的描述。在具体的电解实验中用纯水，用任何一种材质的电极，甚至将外加电压加压到12V，都很难在短时间内收集到一定量的H2和O2，并没有体现出明显的实验效果[1]。所以，为了将实验效果进行提升，实验老师都会将一定浓度的NaOH或H2SO4溶液加入到实验中。在该实验中，NaOH或H2SO4溶液的浓度、电极的制作材料、外加电压以及温度等因素都会影响到实验的效果。在某种程度上，为了确保实验条件的理想性，本文主要比较电解水实验中影响效果的几个因素。研究手段是通过各种正交试验的设计，努力找到一种最优组合去达到一种高效率的实验。通过全面分析不同的实验效果，掌握各个组合全面实验情况，以达到最优的实验条件。

电解水实验原理和应该出现的现象在化学词典中都可以找到答案。电解水实验的目的是为了测试水的组成结构，是一项极其重要的化学实验。不同的电解实验可能会产生不同的生成物，根据生成物的不同，常见的有电解水型、分解电解质型等几种类型的电解实验。氢气和氧气两种元素共同形成了水。同样地，在通电后，水会被电解成氧气和氢气。氧气的产生是在正极，而氢气则是在另一端的负极。电解水的化学方程式是：

2H2O=2H2+O2

二、实验步骤

在本实验项目中，普通市售的电解水是实验对象；型号J1201—2的低电压器作为实验的电源[2]；光亮珀电极、保险丝、回形铁钉以及碳棒分别作为电极使用；并加入适当浓度的NaOH或H2SO4溶液；实验在15摄氏度的室温下进行，为了测试电压对实验的影响，分别使用6V、9V、12V外加电压；将一个灵敏的电流计串联在电路中，便于将电解水装置电流的大小及时掌握；实验的标准是收集到20ml H2时，记录O2收集到的体积，并且用秒表对所花费的时间进行计时。

（一）使用的电极用不同的材质、NaOH或H2SO4溶液用不同的浓度进行电解

表1数据实验结果是在NaOH溶液10%的浓度，15摄氏度的室温下进行实验的。

（二）在电解实验中使用温度不同的电解质溶液

电解质溶液温度的提高，有助于在溶液中加快离子往两极移动的速率，以此来将电解水实验的效果进行提升。在本次实验中，固定NaOH溶液的浓度为2%，温度分别设为15摄氏度、30摄氏度和45摄氏度，电解实验中外加电压为6V，标准为收集到20毫升氢气时，记录收集到氧气的体积和所花费的时间，表2给出了实验的结果数据。

三、实验结果与探究

第一，利用保险丝、铁钉、回形针、铂（Pt）以及碳棒材料来做的电极对带有一定量浓度的NaOH水溶液进行电解试验，在一定程度上具有很好的实验效果，而这种电极在对带有一定量浓度的H2SO4的水溶液进行电解实验时，却不能实现同等效果，这主要是因为回形针和铁钉这两种物质会与该水溶液中的酸产生一定的反应。除此之外，利用碳棒做成的电极也无法对一定量浓度的H2SO4的水溶液进行电解，其主要原因是阳极所接收的氧气十分稀少，达不到电解的条件。

第二，水溶液中的NaOH或H2SO4的浓度越大，电解的效果越明显。但需要注意的是，这两种化学物质的浓度越高，其酸性或碱性效果也就越突出，这也就会在一定程度上达不到电解水的实验效果。因此，NaOH或H2SO4的浓度必须要在适宜的范围之内，正常保持在5%以下最为合适。

第三，外加电压、通过电解回路的电流以及电解速率这三者之间呈现一个正比的关系。然而，过大的外加电压会消耗大量的电压，从而在观察实验现象上会出现一定程度的困难。因此，需要将外加电压保持在12V以下。

第四，就电解水的实验来说，高温要远远好于低温所产生的效果。

第五，Na2SO4溶液的加入会对电解水试验起到促进作用，但其因为不参加两端电极的反应，所以效果肯定不如上述的另两种溶液。

参考文献：

[1]周炎，王兆杰，刘大鹏.自支撑电极材料的制备及其电解水性能实验设计[J].化学教育（中英文），2017（24）.

[2]蔡冉，陆龙喜.陆烨不同试验方法对弱酸性电解水生成器杀菌效能评价结果的影响[J].中国消毒学杂志，2017（8）.

[3]金乐，郭建平，戴丽鸿.电解水实验条件探索与装置改进[J].湖南人文科技学院学报，2001，24（4）：32- 35.