梁志鋒

摘要：在電解水的演示實驗中，裝置的電極對實驗非常重要，現(xiàn)在購買的許多電解水教學演示裝置中，企業(yè)為了節(jié)省成本并不是用純鉑電極，有的是用其他金屬替代或者在其他金屬上焊接一小片鉑片，時間久了導致電極氧化變小而斷落。這時就需要尋找材料來制作電極，本文將研究介紹在沒有鉑電極的情況下如何尋找合適的替代材料，以及如何提高實驗的準確性。

關(guān)鍵詞：電解水演示實驗;電極;導電劑;溶解性

科學課中教學演示實驗的準確性在演示實驗中非常重要，直接關(guān)系到實驗的成敗，影響教學效果。電解水演示實驗是初中科學教學中一個重要的演示實驗，在水的組成和化學變化的微觀解釋的教學中起著重要的作用。電解水實驗的實驗結(jié)果理論上是氫氣與氧氣的體積比為2：1，但是在實際實驗中由于儀器裝備中電極的氧化和導電劑等原因，實際結(jié)果中氧氣的體積比理論值小，有時小很多。這對教師的教學和學生理解知識產(chǎn)生很大的影響。接下去筆者對影響電解水實驗的準確性的因素進行的一些研究。

教師對產(chǎn)生氧氣比理論值小的結(jié)果的解釋一般有二個：一、氧氣與電極起氧化反應消耗了一部分氧氣。二、氧氣在水中的溶解度比氫氣大。下面對這二個原因來分析一下。

先分析第一個原因，氧氣是一種比較強的氧化劑，氧氣在電極上產(chǎn)生時與電極上的金屬發(fā)生氧化反應是可能的，筆者在用銅、銀等金屬作為陽極電極，在電解水時的確觀察到電極上有黑色的氧化物生成。所以實驗結(jié)果與理論值有較大差異與陽極金屬和氧氣反應消耗了一部分氧氣是有關(guān)系的。

因此我們在做電解水實驗時，要提高實驗結(jié)果的準確性主要是從電極考慮，如何減少電極與氧氣的氧化反應。那電極與氧氣的氧化反應與哪些因素有關(guān)呢？

1、可能與電極材料的活潑行有關(guān);

2、與電解水時加的導電劑有關(guān);為了電解水時不產(chǎn)生其他物質(zhì)一般加的導電劑為稀硫酸或氫氧化鈉溶液。

針對這兩個因素筆者進行了實驗，實驗中陰極統(tǒng)一都為銅，因為陰極產(chǎn)生氫氣，不存在氧化現(xiàn)象。而陽極分別用鐵、銅、碳棒和鉑（網(wǎng)購的）作為電極，導電劑分別為氫氧化鈉和稀硫酸進行了實驗。實驗數(shù)據(jù)如下表：

從實驗數(shù)據(jù)可以看出：

1、用鉑作為陽極電極時，實驗結(jié)果最為準確，氫氣和氧氣體積比為2：1，與理論值一致。其他銅、鐵等金屬作為陽極電極時，用不同導電劑結(jié)果有所不同，氫氧化鈉作為導電劑時，實驗數(shù)據(jù)與理論值都相差較小;用稀硫酸作為導電劑時，不同金屬作為陽極實驗數(shù)據(jù)與理論值有或大或小的不同差異;碳棒作為陽極時，在氫氧化鈉和稀硫酸作為導電劑的兩種情況下，實驗數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)相差都比較大。

2、當陽極不是鉑電極時，不同的導電劑對實驗結(jié)果影響比較大。稀硫酸作為導電劑的情況下，尤其是當銅為陽極時，陽極幾乎沒有氧氣產(chǎn)生，鐵為陽極時，產(chǎn)生的氧氣也比氫氧化鈉為導電劑時要少一些，而用非金屬的碳棒作為陽極時，不同導電劑下產(chǎn)生的氧氣沒有差異。因此用氫氧化鈉作為導電劑時，金屬陽極電極的氧化作用比用稀硫酸作為導電劑時要弱。

再分析第二個原因，在20攝氏度，1個標準大氣壓下，氧氣的溶解度是0.031，氫氣的溶解度是0.018，溶解度的確氧氣比較大，但是在做實驗時用的水是自來水，是天然水，空氣中本身就含有約20%的氧氣，天然水中本來就溶解了很多的氧氣，而空氣中幾乎不含氫氣，所以天然水中也幾乎不含氫氣。所以在電解水的時候產(chǎn)生的氫氣和氧氣到底是哪一種溶解在水中多？這是不確定的，所以第一種解釋是不嚴謹?shù)摹嶋H情況如何，我們可以通過實驗來說明。

實驗設計：分別來電解天然自來水和經(jīng)過沸煮后的冷開水，天然水中溶解有空氣，沸煮后的冷開水溶解在其中的空氣已經(jīng)逸出，水中沒有氧氣也沒有氫氣。都加入氫氧化鈉作為導電劑，陽極電極為網(wǎng)購的純鉑電極，陰極為銅電極。

從數(shù)據(jù)看氧氣和氫氣的溶解性差異對實驗的結(jié)果沒有影響，因為氫氣和氧氣在水中的溶解性都不大，如果再加上在進行實驗準備時的試做，水中的氫氣和氧氣基本飽和了，在進行教學演示實驗時，溶解性差異對實驗結(jié)果就不會造成影響了，因此實驗實際數(shù)據(jù)與理論值相差較大不是由于氫氣和氧氣溶解性差異造成的。

通過以上研究發(fā)現(xiàn)，影響電解水實驗結(jié)果的因素主要是電極材料和導電劑，與氧氣和氫氣的溶解性差異沒有太大關(guān)系。采用鉑電極實驗結(jié)果最為準確，但是，由于鉑為貴金屬，鉑電極價格昂貴，現(xiàn)在學校購買來做演示實驗用的電解水裝置的電極都不是純鉑電極。時間久了電極容易氧化損壞。在學校條件有限，沒有鉑電極的條件下，我們?nèi)绾蝸磉M行電解水實驗的演示呢？分析實驗數(shù)據(jù)，也可以找出替代方案：用氫氧化鈉作為導電劑，用銅或鐵作為電極。這樣雖然實驗結(jié)果不是非常準確，但誤差也相對較小。在教學時，只要跟學生說明氧氣比氫氣偏少的原因，不但不會對教學效果產(chǎn)生太大影響，還順帶預習一下氧氣比較活潑的化學性質(zhì)。