水的电解实验误差分析及改进

杭州天目双语实验学校    应佳恒

   水是由什么组成的？八年级科学上册的水电解实验来探究这个问题，然而我们在做这个实验时，出现了新的问题，即水电解产生的氢气和氧气体积比应该为2：1，但实际观察到的不是2:1，而是8:3.课本对这个现象的解释是因为不足的那部分氧气溶解在水里了。要达到2:1的比例，课本介绍的方法是先在水里通氧气，再用氧气的饱和溶液代替水来做实验。是真的吗？我产生了怀疑，因为氧气在水里的溶解度只有33ml/L。为此，我上网查询，请教高中化学老师。我猜测：水电解产生的氢气和氧气体积比应该为2：1，但实际观察到的不是2:1的主要原因是水中加入的物质不同。因为实验时为了增加水的导电性，需要先在水里加入稀硫酸或氢氧化钠从而加快反应速度。为了证明我的猜测，我进行相关的系列实验，进行探究。

实验1：做以氢氧化钠、稀硫酸等为电解液的水电解实验（注：以下实验均在同温同压下进行）

实验材料：水的电解装置、水（H2O）、氢氧化钠溶液（NaOH）、稀硫酸（H2SO4）。硫酸钠（Na2SO4）、碳酸钠(Na2CO3)等

实验过程

）

通过上述实验发现：

①以氢氧化钠为电解液的水电解装置产生气体比

V氢气：V氧气 = 6:5

②以稀硫酸为电解液的水电解装置产生气体比

V氢：V氧 > 8:3

上述两个实验证明了我的猜想是对的。2：教材中的改进实验

实验材料：水的电解装置、水（H2O）、氢氧化钠溶液（NaOH）、稀硫酸（N2SO4）、注氧装置等

（实验过程）（配图）

通过实验发现，氢氧体积之比仍不是2：1，说明教材给出的解释存在问题。

【分析与思考】究竟是什么在影响两极气体之比？

 经过综合分析和思考，我认为问题出现在两种电解液上。然而究竟是为什么呢？为此，我请教了一位高中老师，得到了一个重大发现——水（H2O）中含有氢离子（）和氢氧根离子（），两者有一个固定不变的值，即[]

×[]=k（k为定值）。这就非常好解释气体比的问题了：当加入稀硫酸（N2SO4）时，由于溶液内含有大量氢离子（），于是根据关系式，可知氢氧根离子（）会减少，即电解时氧气（O2）会减少；而当加入氢氧化钠（NaOH）时，由于溶液内含有氢氧根离子（），故氢离子（）会减少，即电解时氢气（H2）会减少。这也正是著名的阿伏伽德罗常数。

   实验3 综合改进

由上得知，水电解中产生的氢气和氧气量不仅与溶解度有关，更与电解液种类有着密切的关系，因此，只要针对这两个条件进行优化改进，就能得到满意的实验结果。

实验材料：水的电解装置、水（H2O）、注氧装置、XXX溶液（待定）等。

（实验过程）（配图）

通过观察V氢：V氧发现，两者恰好等于2：1（或非常接近2:1），因此，改进实验成功！

这次对电解水的深入研究，使我发现了电解液与水电解的密切关系，也让我明白，教材上的知识不一定正确，只有亲自动手验证，才能知其正误。以后我会继续保持探索心，继续发现科学的更多奥秘！

           指导老师  王文飞 吕成洲