一、提出問(wèn)題

用碳電極電解氯化銅時(shí)。陰極區(qū)出現(xiàn)黑色物質(zhì)，電解后的溶液明顯比電解前顯黑色。而該電解原理是：銅離子在陰極得電子，電極上析出金黃色的銅層，氯離子在陽(yáng)極失電子形成有刺激性的黃綠色氯氣，陰極區(qū)出現(xiàn)黑色屬于異常。

二、假設(shè)與實(shí)驗(yàn)

第一個(gè)假設(shè)：黑色物質(zhì)是氧化銅。猜測(cè)理由是，溶液中只有銅、氯、氧、氫四種元素，碳電極屬于惰性電極，自身不發(fā)生變化，四種元素形成的物質(zhì)顯黑色最大可能性是氧化銅；同時(shí)，在陰極有部分氫離子得電子，從而促進(jìn)水的電離，氫氧根離子與銅離子結(jié)合后受熱(電解時(shí)部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?分解成氧化銅。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：如果黑色物質(zhì)是氧化銅，向變黑后的電解液中加入鹽酸，黑色物質(zhì)應(yīng)消失，溶液顏色恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。為了對(duì)照，取相同體積的電解前溶液和電解后溶液，分別加相同體積相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸，久置或加熱，兩者顏色沒(méi)有變化。

再長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行電解，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極區(qū)出現(xiàn)明顯的藍(lán)色沉淀，說(shuō)明陰極區(qū)不可能出現(xiàn)氫氧化銅。因此，黑色物質(zhì)不是氧化銅。

第二個(gè)假設(shè)：黑色物質(zhì)是銅單質(zhì)。猜測(cè)理由是，聯(lián)想銀鏡反應(yīng)，也能觀察到反應(yīng)后溶液呈黑色，是由于單質(zhì)銀存在于溶液中，金屬粉末大多呈黑色。

銅離子在陰極得電子生成銅單質(zhì)，由于部分銅單質(zhì)因種種原因未能及時(shí)吸附到電極上，故以極細(xì)的粉末形式飄浮在電解液中。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：黑色物質(zhì)如果是銅單質(zhì)，加鹽酸當(dāng)然不會(huì)變化；改加硝酸，應(yīng)該有變化。為了對(duì)照，同上取兩種溶液分別加同體積同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的濃硝酸，加熱，發(fā)現(xiàn)電解后的黑色溶液能產(chǎn)生較明顯的紅棕色氣體，而對(duì)照組稍有顏色但不明顯。

初步證明，黑色物質(zhì)是銅單質(zhì)。但由于反應(yīng)后溶液顏色仍無(wú)法恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)等原因，確證黑色物質(zhì)還有待于后續(xù)研究。

三、結(jié)論和解釋

出現(xiàn)黑色物質(zhì)與哪些因素有關(guān)?

用硝酸銅替代氯化銅進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)任何濃度的硝酸銅溶液均未見(jiàn)黑色現(xiàn)象，說(shuō)明銅鹽電解時(shí)銅能否順利地吸附到電極上與陰離子關(guān)系密切：

用不同深度的氯化銅進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黑色物質(zhì)出現(xiàn)與濃度關(guān)系密切，電解液越稀則黑色物質(zhì)出現(xiàn)越少。

可見(jiàn)，要想使銅較理想地在電極上析出，控制濃度與選擇合適的陰離子都很重要。