戴小敏 馬 速 胡慧賢

（大連大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 遼寧 大連 116622）

電解水實(shí)驗(yàn)是大學(xué)化學(xué)教學(xué)論實(shí)驗(yàn)和初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要內(nèi)容［1-3］。本實(shí)驗(yàn)成功標(biāo)志有兩點(diǎn)：（1）通直流電流能看到兩個(gè)電極都迅速產(chǎn)生大量氣泡。氣體匯集在玻璃管或試管上部，氫氣與氧氣體積比為2∶1。（2）檢驗(yàn)氧氣時(shí)，帶火星的木條應(yīng)明顯復(fù)燃，檢驗(yàn)氫氣時(shí)應(yīng)看到點(diǎn)燃的氫氣火焰。但是，做到這兩點(diǎn)難度較大。針對(duì)《化學(xué)教學(xué)論實(shí)驗(yàn)》（科學(xué)出版社）［1］和《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)·九年級(jí)（上冊(cè)）》（上海教育出版社）［2］的實(shí)驗(yàn)裝置比較煩瑣不僅難以加工，而且快速且成功的實(shí)驗(yàn)條件難以控制的問(wèn)題，本文對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)化改進(jìn)并采用正交試驗(yàn)法考察了電解液、電極材料及電壓等因素對(duì)電解水實(shí)驗(yàn)的影響，以期找到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯且快速的較優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1．實(shí)驗(yàn)用品

NaOH （5%）、H2SO4（10%）、Na2SO4（10%）、電解水裝置、學(xué)生電源（J1202-1）、碳棒、曲別針、鐵釘、導(dǎo)線。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 自制水電解器

3.實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)條件按表 1進(jìn)行。A1、A2、A3分別為 NaOH（5%）、H2SO4（10%）、Na2SO4（10%）；B1、B2、B3 分別為碳棒、鐵釘、曲別針；C1、C2、C3 分別為 6V、8V、12V。仔細(xì)觀察電解器兩極產(chǎn)生氣體情況。待收集的氣體達(dá)到一定數(shù)量后，停止電解。擠壓陰極端尖嘴上的玻璃珠，在尖嘴口點(diǎn)火，觀察現(xiàn)象。然后檢驗(yàn)另一管口中的氣體，用帶有余燼的細(xì)木條放在管口，觀察現(xiàn)象。

表1 正交表

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

一般認(rèn)為，影響電解實(shí)驗(yàn)的主要因素是電解液、電極材料和電解電壓［1］。為了增加水的導(dǎo)電性、加快水的電解速率、縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，在不影響水的電解本質(zhì)前提下往往在水中加一定的電解質(zhì)，如：Na2SO4、NaOH、H2SO4等［1］?？紤]操作方便和安全，本文選用NaOH （5%）、H2SO4（10%）、Na2SO4（10%）為電解液。電極材料可以用碳棒、曲別針、鐵釘、保險(xiǎn)絲及鉑絲等。從價(jià)格、電解速率及電解效果這些方面綜合考慮，本文選用碳棒、鐵釘、曲別針為電極材料。一般地，電解電壓為6V～12V［1］。本文采用三因素、三水平正交試驗(yàn)法考察了電解液、電極材料和電壓對(duì)電解水實(shí)驗(yàn)的影響規(guī)律。

利用自制水電解器如圖1，依照表1試驗(yàn)方案進(jìn)行電解水試驗(yàn)。記錄兩極收集已定體積氣體所需的電解時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析見表2。

三、研究結(jié)論

從表2可以看出，第一列極差R較大，第三列極差R次之，第二列極差R最小。表明影響水電解因素的主次順序?yàn)椋弘娊庖?、電壓、電極材料。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

本文交試驗(yàn)結(jié)果表明，其他條件不變情況下，電解液為 NaOH （5%）、H2SO4（10%）、Na2SO4（10%）時(shí)，水電解速率依次減小；電極為曲別針、碳棒、鐵釘時(shí)，水電解速率依次減?。浑妷涸酱?，電解速率越大。表明電解水試驗(yàn)的較優(yōu)試驗(yàn)條件為：電解液為NaOH（5%）、電極為曲別針、電壓為12V。

［1］ 李廣洲，陸真．化學(xué)教學(xué)論實(shí)驗(yàn)［M］．北京：科學(xué)出版社，2000．6

［2］ 義務(wù)教育化學(xué)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)研制組．義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（化學(xué)）［M］．上海：上海教育出版社，2001．8

［3］ 課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心編著．義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（化學(xué)）［M］．北京：人民教育出版社，2010．4