电解水实验探究

摘 要：电解水实验将知识的获取、科学过程的体验和科学思想方法的学习融为一体，教育内涵十分丰富，学习情景生动，以有趣的现象来启发学生思维，有利于激发学生学习的积极性。要完成以上教育功能，必须确保电解水实验的成功。但在具体的教学实践中，许多老师常常反映该实验不好做，成功率低。

关键词：电解水;实验;探究

一、 存在的问题

1. 实验室没有霍夫曼水电解器，或有但实验成功率低。

2. 电解水产生的气体量太少，实验时间过长。

3. 产生氢气与氧气的体积比与理论值2∶1相差较多。

4. 实验过程中产生大量泡沫，影响观测气体的体积。

针对以上存在的问题，本人查阅大量的资料，对各种电解水装置进行实验研究，找出了现行条件下，完成电解水实验的最佳方法。

二、 解决的对策

（一）自制水电解器

若实验室没有霍夫曼水电解器，老师可以按下图自制水电解器，以下自制水电解器各有千秋，老师可以依据实验室条件，灵活制作。

各种自制水电解器装置图：

图1装置图需要：大号U形管，2个三孔橡胶塞，2个长颈漏斗，2根铜丝，2个带玻璃珠的尖嘴玻璃弯管（可用废弃的酸式滴定管末端代替），学生电源，导线若干，带支架的木板。

图2装置图需要：大号可乐瓶1只，胶塞1个，镀铬别针2只，试管2支，低压电源（可用干电池代替）1个，导线2根。

图3装置图需要：医用5mL注射器2个，5号电池碳棒2个，汽水瓶盖2个，500mL烧杯1个（可用水盆代替），低压电源（可用干电池代替），导线2根;蜡烛一支，木条一块。

图4装置图需要：胶塞2个（中间打孔插入电极），不锈钢电极2个，试管2支，低压电源（可用干电池代替）1个，导线2根。

图5装置图需要：废弃矿泉水瓶1只，废灯泡灯丝1个，导线3根，电键1个，橡皮塞1只，小木盒1个，小试管2支，低压电源（可用干电池代替）1个，剪子，锥子，红、黄两根细塑料管。

图6装置图需要：1. 直径为6厘米圆台形橡胶塞。2. 口径为6厘米的透明玻璃杯。3. 5毫升或10毫升注射器玻璃管。4. 长颈漏斗。5. 电极（镀铬不锈钢——带孔一小节伞骨子）。6. 外绝级导电线（细钢丝）。7. 与注射器管相配套的针帽（针尖切断且夹扁密封）。8. 带孔小胶塞。

（二）电解水产生的气体量少，实验时间长的原因分析

笔者经过多次实验发现，影响电解水实验气体量和实验时间的因素有：（1）电极;（2）电压;（3）电解液类别及浓度等。以下是相关实验数据。

1. 电极选择材料探究

笔者选择了碳棒、铝片、铁片、银丝、铂丝、保险丝、不锈钢等作电极，用15%的氢氧化钠溶液做电解液，直流电压12V，通电时间2分钟，以下是各项实验数据：

从以上数据可知电解水实验电极可以选择铂丝、不锈钢、镀铬材料等不易与氧反应的材料;若选择铝、铁、铜等金属材料，虽然也可以较快速的产生氣体，但正极容易被氧化，消耗了产生的氧气，使两极产生的气体体积比与理论值2∶1相差较多。

2. 电压选择研究

为研究电压对电解水实验产生气体速度的影响，本实验选用宁波教学仪器厂生产的J2606水电解器，电解液为15%氢氧化钠溶液，以产生10mL氢气、5mL 氧气为计时时段。

电解水实验所用时间是衡量实验成功与否的重要指标，如果实验时间过长，学生会出现观察疲劳，同时占用过多时间，无法完成本课时的其他教学任务;如果实验时间过短，学生来不及观察电极气泡的产生，实验就已经完成，同时该实验反应过快，会导致电解液从电解器的漏斗中溢出，腐蚀实验台。

从以上数据分析，该实验选择12V至18V的电压是较适合的。

3. 电解液类别及浓度选择

因此本实验推荐使用碱性物质作电解液，例如氢氧化钠、氢氧化钾等。为研究氢氧化钠电解液浓度对电解水实验产生气体速度的影响，本实验选用宁波教学仪器厂生产的J2606水电解器，以产生10mL氢气、5mL氧气为计时时段，选用直流电压15V。

以下是用氢氧化钠溶液作电解液的相关数据：

同选择的电压情况一样，电解水实验所用时间是衡量实验成功与否的重要指标，如果时间过长，学生会出现观察疲劳，无法完成本课时的其他教学任务;如果时间过短，学生来不及观察电极气泡的产生，实验就已经完成，同时该实验反应过快，会导致电解液从电解器的漏斗中溢出，腐蚀实验台，另外氢氧化钠配制浓度过大，也会造成安全隐患，综合以上因素，该实验选择10%至15%的氢氧化钠溶液是较适合的。

（三）产生氢气与氧气的体积比与理论值不符的原因及解决方法

在实验过程中产生氢气的体积往往大于氧气体积的2倍，主要原因是：

（1）实验测得，在通常状况下，1体积水里能溶解0.02体积的氢气，却能溶解0.03体积的氧气，即氧气在水中的溶解能力比氢气大，从而导致试管中收集到的氧气体积偏小。

（2）在电解过程中，产生的氧气会与金属电极发生氧化反应，从而消耗一部分氧气，导致氧气的体积偏小。

解决方法：实验之前应预先电解一次，对电极和电解液分别进行氧化和氧气饱和的处理，则可以减少实验误差。

（四）实验过程中产生泡沫的原因及解决方法

本实验若选用氢氧化钠作电解液，则在两电极产生气泡上升的同时，也会随之产生许多泡沫，这些泡沫不易破裂，会影响我们读取气体体积的数据。泡沫产生的原因一是实验装置不洁净，二是电解液有杂质。解决的方法是所选用的电解水实验装置要充分洗净;配制电解液一定要使用蒸馏水，不要用自来水;固体氢氧化钠试剂要使用分析纯的，不要用化学纯的。

三、 研究结论

实验产生氢气与氧气的比值大于2∶1，原因是氧气在水中的溶解能力比氢气大，从而导致试管中收集到的氧气体积偏小;电解过程中，产生的氧气会与金属电极发生氧化反应，从而消耗一部分氧气，导致氧气的体积偏小。实验之前应预先电解一次，对电极和电解液分别进行氧化和氧气饱和的处理，则可以减少实验误差。

参考文献：

[1]义务教育课程标准实验教科书 化学 九年级上册 教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2]孙志国.初中化学教学疑难问题研究[M].长春：东北师范大学出版社，1999.

[3]崔顺女，徐凯祥.电解水实验装置改进的一点思考[J].延边教育学院学报，2010，24（2）.

作者简介：

曾文忠，海南省三亚市，海南省三亚市藤桥中学。