关于电解水电极反应及电解产物的探讨
电解水演示实验的探究
电解水演示实验的探究摘要电解水实验为中学化学的一个经典演示实验，然而在实验中很难得到氢气和氧气的体积比为2∶1的结果。
文章从离子电迁移率、超电势、溶液的酸碱度等影响电解水反应的主要因素入手，研究了电解水实验的科学原理，并运用这些原理结合改进后的实验装置进行了电解水实验过程的探究，获得了电解水实验的满意效果，很适合在课堂中进行演示。
关键词电解水实验探究离子电迁移率超电势溶液的酸碱度演示实验电解水实验的教学功能主要有2个方面：（1）通过水电解产生氢气和氧气的事实引导学生得出水是由氢元素和氧元素组成的；（2）从生成氢气和氧气的体积比为2∶1的实验结果推导出每个水分子含有2个氢原子和1个氧原子。
所以，本实验必须成功地检验出得到的气体分别是氢气和氧气，且要求准确地呈现它们的体积比为2∶1。
但是长期以来中学化学教师按教材上图示的方法操作[1]，往往得不到理想的实验效果，在短时间内2个电极上几乎不产生气体且正负极产生的气体的体积比不是2∶1，而是氢气体积远远大于氧气，这使化学教师难以启发学生从直观感知中导出水的微观构成。
对这一问题的解决有不少教师进行了一些探索[2～4]。
我们对该实验的反应原理、反应条件、反应装置以及操作过程进行了探究，找到了问题产生的原因，得到了满意的实验效果。
1 对电解水原理的探究1.1 外加电压和离子电迁移率的影响电解反应的进行以及反应速率的快慢与电解质溶液中的离子迁移速率有关，而且[5]:正离子的迁移速率负离子的迁移速率=阳极区减少的物质的量阴极区减少的物质的量（１）如果以r+和r-分别表示正、负离子的迁移速率，那么:在一定温度和浓度时，离子在外电场作用下的迁移速率与电位梯度成正比，可表示为：r+=U+d E/d L（２）r-=U-d E/d L（３）式中的比例常数U+、U-是电位梯度d E/d L=1 V•m-1时的离子迁移速率，称为离子电迁移率（又称为离子淌度），单位为m2•s-1•V-1[5]。
电解池中电解水的电极反应式
电解池中电解水的电极反应式
在电解池中，电解水是一个重要的反应过程。
电解水是指将水
分解成氢气和氧气的化学过程，这是通过在水中施加电流来实现的。
在电解水的过程中，两个电极（阴极和阳极）被放置在水中，然后
通过电流的作用，水分子将发生电解反应。
在电解水的过程中，阴极上的反应式是2H2O + 2e→ H2 +
2OH-，这表示水分子接受了电子并生成了氢气和氢氧根离子。
而在
阳极上的反应式是2H2O → O2 + 4H+ + 4e-，这表示水分子失去了
电子并生成了氧气和氢离子。
这两个反应式共同构成了电解水的电解过程，通过这个过程，
我们可以获得氢气和氧气这两种重要的气体。
电解水的反应式不仅
在实验室中有重要的应用，还在工业生产中有着广泛的应用，例如
氢气的制备和氧气的制取等。
总之，电解水的电解反应式是一个重要的化学过程，它不仅有
着理论上的意义，还有着实际应用的价值。
通过深入研究电解水的
反应式，我们可以更好地理解这一过程，并且更好地应用它在实际
生产中。
电解时电极产物的判断及电解类型的确定
电解时电极产物的判断及电解类型的确定一、电解时电解产物的判断（1）阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极（金属活动性顺序表中Ag以前的金属），则电极材料失去电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失去电子。
如果是惰性电极（Pt、Au、石墨），就要看溶液中离子的失电子能力。
这时要根据阴离子的放电顺序加以判断。
常见阴离子的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根（2）阴极产物的判断直接由阳离子放电顺序进行判断，常见阳离子的放电顺序：①当H+的浓度较小时，Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+②当H+的浓度较大时，Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+二、电解类型的确定（1）电解水型含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如H2SO4、NaOH、K2SO4等）的电解阴极：4H+ + 4e－=== 2H2↑阳极：4OH－－ 4e－=== O2↑+ 2H2O总反应：2H2O 2H2↑ + O2↑（2）电解电解质型无氧酸（除HF外）、不活泼的无氧酸盐（氟化物除外，如HCl、CuCl2等）溶液的电解。
阴极：Cu2+ + 2 e－=== Cu阳极：2Cl－－ 2e－=== Cl2↑总反应：CuCl2 Cu + Cl2↑（3）放氢生碱型活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外，如NaCl）溶液的电解。
阴极：2H+ + 2e－=== H2↑阳极：2Cl－－ 2e－=== Cl2↑总反应：2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑（4）放氧生酸型不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4、AgNO3等）溶液的电解。
阴极：2Cu2+ + 4e－=== 2Cu阳极：4OH－－ 4e－=== O2↑ + 2H2O总反应：2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2↑+ 2H2SO4【例题1】电解100 mL含c(H+)＝0.30 mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是A．0.10 mol/L Ag+ B．0.20 mol/L Zn2+ C．0.20 mol/L Cu2+ D．0.20 mol/L Pb2+ 解析：选项A，先是Ag+ 放电，后是H+ 放电，阴极电极反应式为：Ag+ + e－= Ag，和2H+ + 2e－ = H2↑，当电路中通过0.04 mol电子时，只析出0.01 mol金属银，即1.08 g。
电解水工艺流程-概述说明以及解释
电解水工艺流程-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:电解水工艺流程是一种通过电解的方式将水分解成氧气和氢气的过程。
这一工艺流程主要应用于氢能源的生产和储存领域。
随着可再生能源的发展和能源转型的迫切需求，电解水工艺流程逐渐受到了广泛的关注和研究。
在传统工艺流程中，水的分解需要使用化学物质作为媒介，如氢氧化钠或酸性溶液等。
而电解水工艺流程则是利用电力来驱动水的电解反应，将水分子分解成氧气和氢气。
这一过程中，利用电解槽中的电极和电解质的作用，水分子被分解成氢氧离子和氢离子，并在电极的作用下进行还原反应，从而产生氧气和氢气。
电解水工艺流程具有多个优势。
首先，它是一种环保和可持续的能源生产方式，因为水是一种广泛存在且可再生的资源，且在电解过程中不会产生任何有害物质。
其次，电解水工艺流程的能源转化效率较高，可以通过优化电解槽和电解质等工艺参数来提高氢气的产生效率。
此外，电解水工艺流程还可以与其他能源系统相结合，如太阳能电池和风能发电机等，实现对可再生能源的储存和利用。
然而，电解水工艺流程也存在一些挑战和问题。
首先，当前的电解水技术仍面临着成本较高的问题，包括电解槽的制造成本和能源消耗成本等。
其次，电解水过程中的氢气还需要进行有效的分离、储存和利用，以确保其安全和高效利用。
此外，电解水工艺流程还需要更深入的研究和探索，以改进工艺参数、提高产氢效率，并解决一些技术难题，如电极的稳定性和寿命等。
总之，电解水工艺流程是一种重要的能源生产和转化方式，具有广阔的应用前景。
通过持续的研究和创新，我们可以不断改善电解水技术，提高其效率和可持续性，为实现清洁能源的可持续利用做出重要贡献。
1.2 文章结构文章结构是写作一篇长文时的重要组成部分，它有助于读者更好地理解文章的逻辑结构和内容安排。
在本文中，我们将按照以下目录结构来展开讨论电解水的工艺流程。
首先，在引言部分，我们将对本文进行概述，介绍电解水工艺流程的背景和意义。
电解水正负极反应方程式 理论说明以及概述
电解水正负极反应方程式理论说明以及概述1. 引言1.1 概述在当今社会中，水资源的供应和保护已经成为全球关注的焦点。
电解水作为一种重要的技术手段，可以将水分解为氢气和氧气，并在能源存储、燃料电池等领域具有广泛的应用前景。
了解电解水过程中正负极反应方程式的理论说明对于深入探究这一现象以及优化相关技术具有重要意义。
1.2 文章结构本文主要围绕电解水的正负极反应方程式展开论述，共分为引言、电解水的基本概念、正极反应方程式、负极反应方程式和结论与展望五个部分。
首先通过概述部分介绍电解水技术的背景和意义，然后详细阐述电解水的基本概念以及实验原理和方法。
接着，在正极和负极反应方程式两个章节中，我们将关注它们的基础知识、化学方程式和机制说明，同时分析影响因素和条件。
最后，在结论与展望部分总结讨论了本文所涉及的内容，并对未来研究方向和发展趋势进行了展望。
1.3 目的本文旨在提供关于电解水正负极反应方程式的概述和理论说明。
通过对电解水技术的基本概念和实验原理的介绍，读者可以更好地了解这一重要技术。
同时，详细阐述正负极反应方程式以及影响因素和条件的分析，有助于深入探究其机制并为相关领域的研究和应用提供指导。
最后，文章的结论部分将对整篇论文进行总结，并对未来研究方向和发展趋势进行展望，以推动电解水技术的进一步发展与应用。
2. 电解水的基本概念2.1 电解水的定义电解水是指通过施加电流，将纯净水中的化学分子转化为离子的过程。
在一个含有两个电极（正极和负极）的电解池中，当外部电源施加足够高的电压时，水分子会发生电离作用，产生氢气和氧气。
2.2 电解水的重要性电解水具有广泛的应用领域。
首先，它是制取氢气和氧气的重要方法之一。
由于氢气可作为清洁能源，并且无污染排放，因此对于未来替代传统能源具有巨大潜力。
其次，在实验室中，电解水被广泛用于进行各种化学实验，并且也常被用于燃料电池等设备中。
此外，通过调节正负极反应条件及控制反应速率可以进一步研究和优化相关工艺。
浅谈电解水制氢的原理及发展
浅谈电解水制氢的原理及发展一、本文概述随着全球对可再生能源和环保技术的日益关注，电解水制氢作为一种清洁、高效的能源转换和存储方式，正受到越来越广泛的关注和研究。
本文旨在深入探讨电解水制氢的基本原理，以及其在全球能源转型和可持续发展战略中的重要地位。
我们将从电解水制氢的基本原理出发，分析其发展历史、技术现状，并展望未来的发展趋势和挑战。
通过对电解水制氢技术的全面解读，本文旨在为相关领域的研究者、政策制定者以及社会公众提供一个清晰、全面的视角，以推动这一技术在全球范围内的广泛应用和发展。
二、电解水制氢的基本原理电解水制氢是一种通过电解水分子（H₂O）来生产氢气和氧气的方法。
其基本原理主要基于电解化学反应和电解槽的工作机制。
电解水的过程主要包含两个主要的半反应：阳极（正极）的氧化反应和阴极（负极）的还原反应。
在电解槽中，水被分解成H⁺离子和OH⁻离子。
当直流电通过电解槽时，H⁺离子在阴极（负极）上接受电子，被还原成氢气（H₂）。
同时，OH⁻离子在阳极（正极）上失去电子，被氧化成氧气（O₂）和水（H₂O）。
这两个反应是同时进行的，因此电解水制氢的过程不仅生成了氢气，也生成了氧气。
这个反应表明，每分解一个水分子，就会产生两个氢气分子和一个氧气分子。
电解水制氢的效率主要取决于电解槽的设计、电解质的性质和电流密度等因素。
电解水制氢的优点在于其产物纯净，生成的氢气和氧气都是高纯度的，可以直接用于各种应用。
电解水制氢的过程也相对简单，只需要水、电和电解槽就可以进行。
然而，电解水制氢的能耗较高，使得其成本相对较高，这是限制其大规模应用的主要因素之一。
随着科技的发展，人们正在努力提高电解水制氢的效率，降低其能耗和成本。
例如，研究人员正在开发新型的电解槽和电解质，以提高电解效率；也在探索利用可再生能源（如太阳能、风能等）来供电，从而降低电解水制氢的碳足迹。
电解水制氢的基本原理是利用电解化学反应将水分子分解成氢气和氧气。
电解水的反应动力学原理
电解水的反应动力学原理
1.电解水的机理
电解水是通过在电极上施加电压，使水分子发生氧化还原反应，生成
氢气和氧气。
在电解过程中，电极上的正极是产生氧气的极，通常使用氧
化剂来做正极，如氯化二氧化锆氧化剂。
负极是产生氢气的极，通常使用
还原剂来做负极，如氯酸钡还原剂。
通过施加电压，水分子在电极上发生
氧化反应，正电荷离子被氧化剂接收而产生氧气；同时，在负极上，电子
被还原剂接收而产生氢气。
2.电解速率与电流密度的关系
电解速率是指单位时间内电极上发生反应的物质的摩尔数。
电解速率
与电流密度之间存在一定的关系。
一般来说，电流密度越大，电解速率越快。
这是因为电流密度增大会导致电解产生的氧气和氢气的生成速率加快，进而加快了水分解的速度。
3.温度的影响
温度对电解速率也有一定的影响。
一般来说，温度升高会加快电解反
应速度。
这是因为温度升高会使水分子的活动性增加，分子速度增加，进
而增加了电解反应的碰撞频率和能量。
因此，在同样的条件下，高温下的
电解速率较快。
4.电解电压的影响
电解反应需要施加一定的电压，电解电压的大小会直接影响电解速率。
一般来说，电解电压越大，电解速率越快。
这是因为电解电压的增大会提
供更多的电能，使电解反应的能量增加，进而加快反应速率。
5.电解电极的材料
电解电极的材料也会影响电解速率。
一般来说，电解电极的材料需要具有良好的电导性和稳定性，能够承受电解反应中产生的气体的沉积和电解物质的腐蚀。
常用的电解电极材料有铂、钴、铁、铜等。
电解水实验探究报告
电解水实验探究报告摘要：本实验通过对水进行电解，探究了原水、正负极产物以及水电解现象。
实验结果表明，通过电解水可以得到氧气和氢气，同时水分子也发生了电解现象，并且电解过程中会产生一定的氢氧化钠溶液。
研究表明，电解水不仅是一种应用广泛的实验方法，更是一种可以用于分析水质成分的重要手段。
引言：水是地球上最常见的物质之一，它的分子式为H2O。
水是一种极化分子，由氧原子和两个氢原子组成。
在水中，氧原子与氢原子形成共价键，使得氧原子带有部分负电荷，而氢原子带有部分正电荷。
这种电性差异使得水具有极性。
当电场作用于水中时，正极吸引带负电荷的氧原子，负极吸引带正电荷的氢原子，从而导致水分子的电离。
电解水是通过加电场的方式将水分解为氢氧两种气体的过程。
本实验旨在通过电解水实验，探究水的电解现象和电解产物。
实验设计：材料及仪器：直流电源、电解槽、两根电极、接线、导线等。
实验步骤：1.将电解槽中加入适量的蒸馏水（约200毫升）。
2.将两根电极插入电解槽中，确保两极电极与水接触，且两极之间距离适当。
3.将两电极与直流电源连接，注意保持正负极的一致性。
4.打开直流电源，设定合适的电压和电流值。
5.观察实验现象，并记录观察结果。
6.关闭直流电源，取出电解槽中的产物。
7.对得到的产物进行分析和测试。
结果与讨论：实验中观察到，当直流电源接通后，电解槽中的水发生了明显的变化。
正极冒出气泡，气泡呈现悬浮在水面上的状态，且气泡较小；而负极冒出的气泡则较大。
根据化学知识，可知这些气泡应分别为氢气和氧气。
将产生的气体收集起来，在适当的条件下，可用火柴点燃，发现两种气体都可燃烧。
通过进一步的实验观察和实物测试，发现电解过程中，会在负极产生氯离子，并在正极处产生氢氧根离子（OH-），这些离子在接触水分子时，会形成一定浓度的氢氧化钠溶液。
根据实验结果负极反应：2H2O+2e-→H2+2OH-正极反应：4OH-→2H2O+O2+4e-结论：本实验通过电解水方法，得到了水的电解现象和产物。
电解水反应机理-概述说明以及解释
电解水反应机理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以着重介绍电解水反应机理的重要性和影响。
可以引用一些相关的实际应用和实验数据来支撑观点。
以下是一个可能的概述：概述：电解水反应机理是研究电化学领域中的一个重要课题，它对于理解和应用电解过程具有重要意义。
水是一种化学物质，由氢和氧两种元素组成。
当电流通过水时，水分子会发生氧化还原反应，进而产生氢气和氧气。
这个过程不仅有着重要的理论意义，还具有广泛的应用价值。
在实际应用中，电解水技术被广泛运用于氢能源的生产和储存领域。
通过电解水，可以高效地制取氢气，并将其作为清洁能源供给使用。
同时，电解水反应机理的研究也有助于解决环境污染和能源危机等重大问题。
在电解水的反应机理中，电极起着关键的作用。
通过选择不同的电极材料，可以控制反应的速率和产物的选择。
例如，阳极通常是氧化剂，而阴极则是还原剂。
在电解水的过程中，水分子在阳极发生氧化反应，形成氧气和正离子。
而在阴极上，水分子发生还原反应，形成氢气和负离子。
这一反应机理的研究可以帮助我们更好地理解电解水的过程和性质。
总之，电解水反应机理是一个重要且复杂的研究领域。
深入理解电解水反应机理对于推动清洁能源发展、解决能源危机以及保护环境都具有重要意义。
通过对其进行进一步的研究和应用，我们可以为实现可持续发展和环境友好型社会做出贡献。
1.2文章结构文章结构部分的内容应该是对整篇文章的结构和各个部分的主要内容进行介绍和概括。
在电解水反应机理这篇长文中，文章结构部分可以包括以下内容：文章结构部分的内容：本文分为以下几个部分。
首先，在引言部分，我们将对电解水反应机理的概述进行介绍，以及文章的结构和目的进行说明。
接下来，在正文部分，我们将详细讲解电解水的定义和原理，包括电解水的基本概念、电解水的实验方法以及电解水的特性和性质。
此外，我们还将深入探讨电解水的反应机理，涉及到电解水的分解、电解水的氧化还原反应以及电解水的离子传导等方面的内容。
电解水的实验报告
电解水实验报告一、实验目的：1. 学习和掌握电解水的过程和原理；2. 观察电解水过程中电极反应和产物；3. 通过实验数据分析，加深对化学反应的理解。
二、实验原理：电解水是一种通过外部电场作用将水分解为氢气和氧气的过程。
该反应为可逆反应，即氢气和氧气也可以在适当的条件下结合成水。
电解水的主要反应如下：1. 电解：H2O →H2 + O22. 结合：2H2 + O2 →2H2O三、实验材料和设备：1. 实验设备：电源、电解池、电极、导线；2. 实验试剂：蒸馏水、电流表、电压表。
四、实验步骤：1. 将电极插入电解池中；2. 将电源与电极通过导线连接，设置合适的电压；3. 开启电源，观察电解现象；4. 通过电流表和电压表记录实验数据；5. 收集产生的气体，通过点燃的方式验证其成分；6. 实验结束后关闭电源，清洗设备。
五、实验结果与分析：1. 在电解过程中，观察到电极上有气泡产生，这是氢气和氧气从水中分解的表现。
通过点燃气泡，可以验证其为氢气和氧气；2. 电压表和电流表的读数显示了电流的强度和电压的大小，这直接影响着水的电解速率；3. 通过对比不同电压和电流下的实验结果，可以观察到电压和电流对电解效率的影响。
一般来说，电压越高，电流越大，电解速率越快；4. 根据实验数据，可以验证电解水的过程确实存在，而且氢气和氧气的产生比例约为2:1，与理论相符。
六、实验结论：通过本次实验，我们成功地验证了电解水的过程和原理，观察到了氢气和氧气的产生，并分析了电压和电流对电解效率的影响。
这个实验加深了我们对化学反应以及电解过程的理解，也提高了我们的实验技能。
在未来的学习中，我们可以进一步探索不同因素对电解水过程的影响，例如水的浓度、温度、压力等。
此外，对于实际应用方面，电解水技术可用于水处理、氢能源等领域，这些领域的发展将为我们的生活带来更多的便利和可能性。
七、建议与展望：在本次实验的基础上，我们可以进一步优化实验条件，例如调整电压和电流的大小、改变水的浓度等，以更深入地研究电解水的过程和影响因素。
电解时电极产物的判断
电解水电极的化学反应方程式
电解水电极的化学反应方程式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：电解水是一种通过通电来分解水分子的化学反应过程。
在电解水的过程中，需要使用电极来传递电流，其中氧化还原反应是主要的化学反应。
电解水的原理是利用电流通过电极将水分子分解成氢气和氧气，从而实现水的电解。
首先是阳极反应，也就是水分子在阳极处的氧化反应。
在阳极处，水分子会失去电子，生成氧气和氢离子。
具体的化学反应方程式如下：2H2O(l) → O2(g) + 4H+ (aq) + 4e-电解水的整体化学反应方程式如下：这个方程式表示在电解水的过程中，两个水分子分解成氢气和氧气。
通过通电，水分子在阳极和阴极处分别发生氧化和还原反应，最终生成氢气和氧气。
除了上述的主要反应外，电解水的过程中还可能伴随其他一些副产物的生成。
比如在电解过程中，阳极还可能发生水的氧化反应生成过氧根自由基：这个反应生成的过氧根自由基会继续与水分子反应生成氢氧根自由基和氧气。
部分水分子还可能发生其它的氧化还原反应，导致生成一些其他的产物。
第二篇示例：电解水是指将水通过电解分解为氢气和氧气的过程。
在这个过程中，需要使用电解水电解的电极。
电解水电解的电极是一种重要的化学装置，是实现电解水反应的关键。
电解水电解的电极通常由金属或半导体材料制成，其化学反应方程式具有重要的理论和应用价值。
让我们来了解一下电解水的基本原理。
电解水是指将水溶液中的水分子分解为氢气和氧气的过程。
在电解水反应中，水分子被氧化成氧气和还原成氢气。
电解水反应的基本方程式如下：2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)阳极是电解水反应中发生氧化反应的电极，通常由金属氧化物或其他导电材料制成。
在电解水反应中，阳极上发生氧气的产生反应，其化学反应方程式如下：这个方程式展示了在阳极上发生的氧气产生反应。
在这个反应中，水分子被氧化成氧气，并释放出氢离子和电子。
这个过程是通过阳极催化的，阳极上的催化剂可以有效促进这个反应的进行。
九下化学电解水实验解读
九年级化学一个实验的四面解读水的电解是第四单元中较为重要的一个实验。
该实验的内容，我们可从以下四个方面去解读。
一、装置评价教材中所用的实验装置，叫水的电解器，主要由两根较长的带有刻度的玻璃管组成。
玻璃管的上方，都有两个带有活塞的尖嘴导管。
这种装置的主要优点有：1.能清楚看到两个电极上气泡的产生以及两极所产生气体的体积关系。
2.便于用燃着的木条、带火星的木条去检验所产生的气体。
二、现象归纳1.与电源正极相连的玻璃管内所产生气体的体积小，与电源负极相连的玻璃管内所产生气体的体积大。
2.与电源正极相连的玻璃管内所产生的气体能使带火星的木条复燃；与电源负极相连的玻璃管内所产生的气体能被燃着的木条点燃，并发出淡蓝色的火焰。
三、现象分析1.能使带火星的木条复燃的气体是氧气，能被燃着木条点燃的气体是氢气。
由此可知，电解水得到的产物是氧气和氢气（氧气、氢气的体积比为1：2），反应的文字表达式为：水→氢气+氧气。
该反应与第二单元中学过的过氧化氢、高锰酸钾的分解相似，都属于分解反应。
2.水分解生成氢气和氧气，氢气中的氢元素和氧气中的氧元素都来自于水，由此说明水是由氢元素、氧元素组成的化合物。
3.水分解生成氢气和氧气，其微观过程是：水分子分解成氢原子、氧原子，2个氢原子结合成1个氢分子，众多氢分子构成氢气；2个氧原子结合成1个氧分子，众多氧分子构成氧气。
四、“反常”透视1.电解水的装置接通电源后，电极上没有出现明显的变化现象。
分析：没有出现明显变化现象的原因是多方面的，这里我们仅从水的导电性这一角度去加以分析。
水分解的条件是通电，而纯净的水几乎不导电，反应条件的缺少，影响了反应的发生。
解决这一矛盾的方法是，向水中加入少量的氢氧化钠或硫酸（这两种物质将在第十单元中学到）溶液，以增强水的导电性，满足水分解所应具备的条件。
2.电解水所产生的氧气的体积小于氢气体积的一半。
分析：按道理讲，电解水产生的氧气的体积是氢气体积的一半，出现氧气体积偏少这一反常现象的原因可能有两个，一是氧气在水中溶解能力比氢气强，溶解在水中的氧气比氢气多；二是氧气的化学性质比较活泼，电解水的过程中，有少部分氧气与电极（如果电极由铂等不活泼金属制成，氧气则很难与之发生反应）发生了反应，导致了氧气的意外损耗。
水电解实验改进和教学思考
水电解实验改进和教学思考化学是一门以实验为基础的学科，学生通？八实验探究形成化学观念，理解化学原理，掌握化学知识和技能。
沪教版九年级化学《自然界中的水》中的水电解实验的现象和对水电解产物的检验与分析，对于研究水的组成具有决定性作用，通过探究水的组成学生初步知道物质是由元素组成的，为今后形成元素观及化学式书写的学习奠定了基础。
因此水电解实验对于学生形成化学观念，突出本节课重点、突破难点至关重要。
学生经历探究实验过程的体验，有利于激发思维，形成科学的方法，提高创新能力。
1 水电解教学反思教材中选用的水电解装置如图所示，该装置操作方便简单，但实际教学过程中经常遇到以下难题：（1）电解水的速率慢，电解时间较长，造成课堂效率低。
（2）电解水产生的氢气和氧气体积比误差大，不能得出氢气和氧气体积比为2：1 的结论。
（3）电解水产生气体的检验操作不方便，氧气的体积少，打开玻璃尖嘴处活塞常常不能使带火星的木条复燃，且稍有不慎还会有液体喷出，使带火星的木条熄灭，影响实验操作。
氢气检验时现象不明显，在玻璃尖嘴处点燃，一般只能听到轻微的爆鸣声，火焰也是转瞬即逝，更难将干燥的小烧杯罩到火焰上观察产生水雾的实验现象。
2优化实验操作，改进实验效果基于上述理由，我结合教学过程的实践对水电解实验加以改进。
所需的实验器材：一个干燥管和一个注射器，以及电解水器。
应用上述仪器组装出如下图所示装置：[ 实验方案]（1）按如图1 所示组成水解器实验装置，在水解装置中加放15%的氢氧化钠溶液。
（2）正极玻璃尖嘴用橡胶管与干燥管细口部相连接，固定装置。
（3）负极玻璃尖嘴用橡胶管与注射器相连接，固定装置。
（4）接16V 学生电源，电解水，观察现象。
关闭电源，打开正极尖嘴活塞，将气体收集到干燥管中，用带火星木条伸入干燥管的圆球形处检验气体，观察现象。
（5）打开负极尖嘴活塞，将气体抽到注射器中，如图 2 注射器套上针管移到酒精灯处点燃，并在火焰上罩上一个干燥的小烧杯，观察实验现象。
电解水的反应动力学原理
电解水的反应动力学原理
电解水是将水分子通过电解分解成氢离子和氧离子的过程。
这个过程涉及到多种化学反应，其反应动力学原理对于化学和物理学的学习和应用有着重要的意义。
首先，电解水的反应速率与电压、电流密度和电极表面积均有关系。
当电解水的电压增加时，反应速率也随之增加，但当电解水中的离子浓度达到一定程度时，反应速率将达到最大值。
此外，电流密度和电极表面积也是影响反应速率的重要因素。
较大的电流密度和电极表面积会提高反应速率。
其次，电解水的反应动力学原理与溶液中的离子浓度和温度也有关系。
随着离子浓度的增加，反应速率也会增加。
而在较高的温度下，反应速率也会增加，因为温度会促进离子的活动和碰撞。
最后，电解水的反应动力学原理还与电极材料和电解水的纯度有关。
不同的电极材料会影响反应速率和产物选择性。
而纯度较高的水分子更容易被电解，因此反应速率也会更快。
总之，电解水的反应动力学原理涉及到多种因素，包括电压、电流密度、电极表面积、离子浓度、温度、电极材料和电解水的纯度等。
这些因素的研究和控制对于优化电解水的制备过程和应用具有重要的意义。
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电解时观察到的现象
电解时观察到的现象
电解是指利用电流将化学物质分解成离子或原子的过程。
在电解过程中，通常会观察到一些特定的现象，这些现象包括：
1. 气体释放，在电解过程中，如果有水或其他溶液参与，通常会观察到气体释放的现象。
例如，当通电电解水时，会观察到氢气和氧气在电极上释放的现象。
2. 电极反应，在电解过程中，电极上会发生化学反应。
在阳极上通常发生氧化反应，而在阴极上通常发生还原反应。
这些反应会导致电极上产生气泡或其他化学物质的沉淀。
3. 电解液的颜色变化，有时候，在电解过程中，电解液的颜色会发生变化。
这是因为电解过程中产生的离子或产物会导致电解液的颜色发生改变。
4. 电解液温度变化，在一些情况下，电解过程会伴随着温度的变化。
这是因为电解过程是一个吸热或放热的过程，因此电解液的温度可能会发生变化。
总的来说，电解过程中观察到的现象主要包括气体释放、电极反应、电解液的颜色变化和温度变化。
这些现象可以帮助我们理解电解过程中发生的化学变化。
关于电解水电极反应及电解产物的探讨(精)
第27卷第6期咸宁学院学报Vo.l27,No.6 2007年12月Journal of X ianning College Dec.2007文章编号:1006-5342(200706-0161-03关于电解水电极反应及电解产物的探讨*徐俊龙1,郭璐楠2(1.崇阳县众望高中化学组,湖北咸宁437500;2.武汉市新洲区第三中学化学组,湖北武汉430415不少高中化学教辅资料在书写电解稀H2SO4或电解N a OH(aq、Na2SO4(aq等的电极(Pt做电极反应式时存在问题,如:电解稀H2SO4时写成, /阳极:4OH--4e-=O2{+2H2O,4H2O W4OH-+4H+或直接写为:4OH--4e-=O2{+2H2O (错误笔者注,下同;阴极:4H++4e-=2H2 {(正确0,电解N a OH溶液时写成,/阳极:4OH--4e-=O2{+2H2O(正确;阴极:4H++4e-= 2H2{,4H2O W4OH-+4H+或直接写为:4H++ 4e-=2H2{(错误0.本文,谈谈笔者就此而引发的一系列思考,以引起广大同仁的探讨.1对电极反应式书写错误的分析出现上面的典型错误,是由于下面的观点引起的:(1不少人觉得用电离平衡的观点分析比较正确,就草率的认同以上结论;(2也有人由物理化学基础知识知:无论是电导率(K还是离子迁移率(UH+离子或OH-离子都远大于其它离子,于是断定在电极上优先放电的是H+与OH-;(3还有人根据能斯特(N er nst方程式计算得:U A(H+/O2,Pt=U B(OH-/O2,Pt,U A(H+/H2,Pt=U B (OH-/H2,Pt,说明U的值与溶液(不同介质中所含离子的浓度无关,,所以,上面的书写方式就被默认是不争的事实,而广为讹传.仔细分析会发现上面的解释失之偏颇:(1在电极表面存在/双电层0,离子只是在本体溶液中运动,与在电极表面上运动是有区别的[1];(2实际的电解是外界提供电能,使所对应的原电池的电池反应发生逆转.显然,由可逆电极的定义知:在电极上发生反应的不一定是离子,气体分子、水分子等皆有可能.所以对照氢-氧原电池在不同的介质(酸性或碱性环境的电极反应不同,可推知电解水时不同介质中电极反应亦不同.正确的书写方式如基础物理化学教科书[2]上标准电极电势表中所示:/在酸性介质中,阳极:2H2O-4e-= O2{+4H+(UßA=1.229V,阴极:4H++4e-= 2H2{(UßA=0.0000V;在碱性介质中,阳极: 4OH--4e-=O2{+2H2O(UßB=0.401V,阴极: 4H2O+4e-=2H2{+4OH-(UßB=-0.828V.0 2对电极反应机理的讨论怎么理解不同介质中电极反应的不同呢?简单地说:在酸性溶液中c(H+>>c(OH-,在阳极区是H2O中的氧被氧化而非OH-的氧被氧化,同理在碱性介质中由于c(OH->>c(H+,所以在阴极区被还原的氢来源于H2O而不是H+;详细的论述可由以下电极反应机理来理解.2.1酸性介质(以下描叙中M表示金属电极中的电极反应阴极分三步进行[1,3,4]:a.M+e-+H3O+W M -H+H2O,b.2M-HW2M+H2{,c.H3O++M-H+e-W M+H2{+H2O,即总变化为:2H++2e-W H2{;阳极也分三步进行:a.M+H2O W M-OH +H++e-,b.M-OH W M-O+e-+H+,c.2M-O W O2{+2M,即总变化为:H2O-2e-W2H++1/2O2{2.2碱性介质(M同样是表示金属电极中的电极反应阴极的电极过程可表示为[1,3,4]:a.H2O+M+ e-W M-H+OH-,b.2M-HW2M+H2{,c.H2O +M-H+e-W M+H2{+OH-即总变化为:2H2O+2e-W H2{+2OH-;阳极的电极过程同样可表示为:a.M+OH-W M-OH-,b.M-OH-W M -OH+e,c.M-OH-+M-OH W M-O+M+H2O*收稿日期:2007-09-25+e-,d.2M-O W O2{+2M;即总变化为:2OH--2e-W1/2O2{+H2O2.3中性介质中的电极反应这一直是大家感到困惑的一个问题.笔者查阅众多文献,发现在书写电极反应式时,主要有两种典型的观点[1,2],而对于中性介质的电极过程动力学机理却都只字未提.由于H2和O2析出的超电势都很高,可根据塔菲尔(Tafel公式G=a+bl n j查表计算(用Pt作电极,知中性溶液的E实际在2.2V左右,酸性或碱性中的E实际在1.7V 左右,所处的条件相同(理论上超电势应相同,则分解电压也应无区别,为什么两者还存在这么大的差距(约为0.5V,且均远远高于理论分解电压(Eß理论=Uß正-Uß负=1.229V,可推测在中性介质中的电极反应机理应与酸性或碱性介质时不同,才导致分解电压不同,所以电极反应式的书写也应不同.因此,笔者认为中性介质时较合理的写法为:阴极:2H2O+2e-W H2{+ 2OH-;阳极:H2O-2e-W2H++1/2O2{(有兴趣的读者,不妨据本文所列文献去研读或去查阅其他文献,循径问幽,会有更多的收获.3关于超电势在电解水过程中的影响3.1解释为什么实际分解电压远高于理论分解电压由理论分析知电解水的理论分解电压在Pß下Eß理论=1.229V,但是由于H2和O2在不同的电极材料上,存在着/超电势0[2,5],使得实际的分解电压[6]远大于Eß,例如电解以下溶液(注:所列各种溶液,浓度为(1/zm ol/L(即当量浓度,Pt作电极时:H2SO4的E实际= 1.67V,Na OH的E实际=1. 69V,HNO3的E实际=1.69V,H3PO4的E实际=1. 70V,KOH的E实际=1.67V,NH3#H2O的E实际= 1.74V,N a NO3的E 实际=2.15V,K2SO4的E实际=2. 20V,Na2SO4的E实际=2.21V等,所以对于电解这些物质时,外电压不能低于E实际才行(从动力学角度考虑,实际中一般采用的电解电压为12V~ 24V.3.2超电势的应用之一,为我们纠正一些错误例如:流行很久的一道试题:/将一个Cu-Zn 原电池来做外电源(设处于标态,与电解CuSO4 (设浓度为1m o l/kg的电解池的两电极(Pt相联,要求写出电解池中所观察到的现象和两极的电极反应式.0在理论上E外电源=U正-U负=0.377-(-0.7628=1.0998V大于电解池的E理论分解=U A(H+/ O2,Pt-U A(Cu2+/Cu=1.229-0.337-0.05916p H =0.892-0.05916p H U0.537V(假设溶液的p H U6,可行!然而实测CuSO4的E实际分解=1.49V,显然本题的实验现象和电极反应都是子虚乌有的,即不可能用Pt作电极的Cu-Zn原电池做外电源来电解水.(注:如果本试题电解池中用的不是Pt电极,而是改用Cu作电极[7],会有什么样的现象与结果呢?有兴趣者不妨思考一下.4电解水产物的讨论4.1分解电压对产物的影响外电压是否越高(电流密度j越大越有利于电解呢?我们又知:/2H SO4-W S2O82-+2H++ 2e-(UßA=2.18V,2SO42-W S2O82-+2e-(UßA= 2.06V,2H2O W H2O2+2H++2e-(UßA= 1. 776V,0[8]即说明电压过高时会有:/2H2O通电H2SO4或NH4H SO4或K H SO4等混液H2O2+H2{[历程:2H2SO4y H2S2O8+H2{,H2S2O8+ H2O y H2SO5+H2SO4(快,H2SO5+H2O y H2O2+ H2SO4(慢]的副反应发生0[8].这一反应,以前是工业上大量生产H2O2的一种重要的方法的基本反应原理.有人可能会反驳:Pt的存在不是能催化H2O2的分解吗?工业上用电解法生产H2O2的电解槽是有隔膜的!这样说固然不错,H2O2的产生与分解是并存的,但是两种作用谁的速率大呢?从这方面考虑不是豁然开朗了吗?所以,不难理解电压过高对电解产物的影响.4.2电极反应本身不可避免的副反应单从阳极能产生O2知,首先是产生原子态氧,随即发生:2O=O2,当然不可避免发生:3O= O3,O+H2O=H2O2.所以综上所述:电解不一定是H2和O2,还有O3和H2O2、H2S2O8产生.因此对于电解产物恰当的描述为:/在适宜的外电压下,产物主要是H2和O20才是较准确的.4.3产物的体积比问题下面的试题就能很好的说明这问题.试题:分别以新配制的N a OH,H2SO4溶液作为电解质溶液进行电解,在阴极得到H2,在阳极得到O2.理论上两种气体的体积之比应为2B1,然而实验结果却不是2B1,数据如下表:162咸宁学院学报第27卷电解时间(m i n123,,78910Na OH 阴极生成气体的体积(mL61220,,55657585阳极生成气体的体积(mL247,,26313641H2SO4阴极生成气体的体积(mL61220,,50586674阴极生成气体的体积(mL124,,16192225(1以N a OH溶液为电解液,自7m in后的每m in内生成的两种气体体积之比为2B1,为什么?(2以H2SO4溶液为电解液,在电解过程中生成的两种气体体积之比均不为2B1,为什么?(回答尽可能具体些参考答案:(1开始电解生成的H2和O2,其一,两者均要溶于电解溶液中,因O2的溶解度大于H2;其二,两种气体还被电极吸附,由于对氧的吸附能力大于氢;其三,由于初生氧与电极金属反应形成氧化层或初生的氧与水中的杂质反应而消耗;所以开始几分钟时O2的体积显得少些.几分钟后,溶解、吸附、消耗等达到饱和状态,此后生成的气体体积比保持2B1.(2电解过程中生成气体的体积均不为2B1,表明除H2和O2溶解、吸附、消耗等能力不同外,在阳极必然发生了副反应,可能生成H2O2、O3、H2S2O8等.5结论通过以上讨论,我们可以得到如下结论:(1不同介质中电极反应可能是不同的;(2电极放电反应也不一定是离子优先于分子;(3电解水时,两电极均存在超电势,因而实际分解电压远高于理论分解电压;(4电解产物以H2和O2为主,电压过高可能生成H2O2、O3、H2S2O8等副产物,由于各种因素使得H2和O2的体积比不是严格的2B1.以上这些,希望广大中学化学教师在处理电解水这一问题时能够引起重视.参考文献:[1]杨辉,卢文庆.应用电化学[M].北京:科学出版社,2001.22~24,57~61,69~70,176~182.[2]傅献彩等.物理化学(下册[M].第4版.北京:高等教育出版社,1990.509.603~604.661 ~672.[3]查全性等.电极过程动力学导论[M].第2版.北京:科学出版社,1987.325~349.368~379.[4][苏]L#L安特罗波夫著,吴仲达等译,胡志彬校.理论电化学[M].北京:高等教育出版社,1982.[5]北师大等三校.无机化学(上册[M].第4版.北京:高等教育出版社,2002.339~377.[6]朱元宝等.电化学数据手册[M].长沙:湖南科学技术出版社,1984.[7]丁亮中.以丹聂尔电池为电源电解硫酸钠溶液的实验研究[J].益阳师专学报,1995,12(5:92~97.[8]姚凤仪等.氧、硫、硒分族.无机化学丛书第五卷[M].北京:科学出版社,1990.110~111.致谢:本文得到咸宁学院化学与生命科学系的王恒煜老师和王军涛老师的悉心指导,在此向两位老师表示诚挚的谢意!163第6期徐俊龙,郭璐楠关于电解水电极反应及电解产物的探讨。
电解水的反应类型
电解水的反应类型
电解水是一种用电进行电解的溶液，它通过电解水极电极进行溶解，使电解质分子分解成带有正电荷的离子和带有负电荷的离子。
这种反应类型有多种类型，比如氧化还原反应、氧化还原过程和电离还原过程。
一、氧化还原反应
氧化还原反应是指在电解水极电极环境下，具有氧化作用的离子受到电解质的作用而失去原有的电子，或者接受其他电解质的电子而形成各自新离子，并最终形成氧化物和还原物。
它是通过电解质的作用分离出具有氧化作用的离子，形成氧化物和还原物而引起的变化现象。
典型的氧化还原反应有氯气的氧化反应、氢氧化钠的还原反应和氯化钠的氧化反应等。
二、氧化还原过程
氧化还原过程是指电解溶液中氧化物发生变化而导致氧化还原
反应的一系列过程。
它主要由氧化物进行氧化反应或还原反应，这些反应会产生一系列反应物，其中包括氧化物、还原物、有机物和中性物。
三、电离还原过程
电离还原过程是指电解溶液中，由于电解质的作用，极性分子受到电化学作用而发生电离，并由此产生新的分子和离子的反应过程。
它的反应原理是：极性分子在电离的作用下，极性变为非极性，从而由极性分子分解为离子和新的分子，从而达到电离还原的效果。
常见
的电离还原过程有氯酸钠的电离反应、次氯酸钠的电离反应和氯化钙的电离反应等。
总结
电解水的反应类型包括氧化还原反应、氧化还原过程和电离还原过程。
它们都是利用极电极上电解溶液而发生的变化现象，电解水极电极上电解溶液经过极性分子的变化而产生这些新的反应类型。
可以概括的说，这些反应类型都有电子在质子中重新分布，以及通过氧化还原形成新分子或者电离来形成新的反应产物。
水电解的反应
水电解的反应
水电解是一种通过电流将水分解成氢气和氧气的化学反应。
这个反应是由于水分子中的氧原子与氢原子之间的共价键被电解断裂而发生的。
为了进行水电解，我们需要一个电解槽和两个电极，一个是阴极，一个是阳极。
通常情况下，阴极是负极，而阳极是正极。
当电流通过水中时，水分子中的氧原子会向阳极移动，而氢原子则会向阴极移动。
在阳极上，水分子中的氧原子会丧失电子，形成氧气分子。
这个过程称为氧化反应。
经过这个反应后，氧气会以气体的形式释放到空气中。
在阴极上，水分子中的氢原子会得到电子，形成氢气分子。
这个过程称为还原反应。
经过这个反应后，氢气也以气体的形式释放到空气中。
整个水电解的过程可以用化学方程式来表示：
2H2O(l) -> 2H2(g) + O2(g)
通过水电解，我们可以得到氢气和氧气这两种重要的气体。
氢气广泛应用于工业生产和能源储存等领域，而氧气则被用于氧气吸入器、氧气炉等。
水电解还是一种环保的能源转换方式，因为它不产生任何有害物质，只会释放出清洁的氢气和氧气。
水电解作为一种重要的化学反应，不仅在实验室中被广泛研究和应用，也在工业生产和能源领域发挥着重要的作用。
通过水电解，我们可以获得清洁、可再生的能源，为人类创造更加美好的未来做出贡献。
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第27卷第6期咸宁学院学报Vo.l27,No.6 2007年12月Journal of X ianning College Dec.2007文章编号:1006-5342(2007)06-0161-03关于电解水电极反应及电解产物的探讨*徐俊龙1,郭璐楠2(1.崇阳县众望高中化学组,湖北咸宁437500;2.武汉市新洲区第三中学化学组,湖北武汉430415)不少高中化学教辅资料在书写电解稀H2SO4或电解N a OH(aq)、Na2SO4(aq)等的电极(Pt做电极)反应式时存在问题,如:电解稀H2SO4时写成, /阳极:4OH--4e-=O2{+2H2O,4H2O W4OH-+4H+或直接写为:4OH--4e-=O2{+2H2O (错误)))笔者注,下同);阴极:4H++4e-=2H2 {(正确)0,电解N a OH溶液时写成,/阳极:4OH--4e-=O2{+2H2O(正确);阴极:4H++4e-= 2H2{,4H2O W4OH-+4H+或直接写为:4H++ 4e-=2H2{(错误)0.本文,谈谈笔者就此而引发的一系列思考,以引起广大同仁的探讨.1对电极反应式书写错误的分析出现上面的典型错误,是由于下面的观点引起的:(1)不少人觉得用电离平衡的观点分析比较正确,就草率的认同以上结论;(2)也有人由物理化学基础知识知:无论是电导率(K)还是离子迁移率(U)H+离子或OH-离子都远大于其它离子,于是断定在电极上优先放电的是H+与OH-;(3)还有人根据能斯特(N er nst)方程式计算得:U A(H+/ O2,Pt)=U B(OH-/O2,Pt),U A(H+/H2,Pt)=U B (OH-/H2,Pt),说明U的值与溶液(不同介质)中所含离子的浓度无关,,所以,上面的书写方式就被默认是不争的事实,而广为讹传.仔细分析会发现上面的解释失之偏颇:(1)在电极表面存在/双电层0,离子只是在本体溶液中运动,与在电极表面上运动是有区别的[1];(2)实际的电解是外界提供电能,使所对应的原电池的电池反应发生逆转.显然,由可逆电极的定义知:在电极上发生反应的不一定是离子,气体分子、水分子等皆有可能.所以对照氢-氧原电池在不同的介质(酸性或碱性环境)的电极反应不同,可推知电解水时不同介质中电极反应亦不同.正确的书写方式如基础物理化学教科书[2]上标准电极电势表中所示:/在酸性介质中,阳极:2H2O-4e-= O2{+4H+(UßA=1.229V),阴极:4H++4e-= 2H2{(UßA=0.0000V);在碱性介质中,阳极: 4OH--4e-=O2{+2H2O(UßB=0.401V),阴极: 4H2O+4e-=2H2{+4OH-(UßB=-0.828V).0 2对电极反应机理的讨论怎么理解不同介质中电极反应的不同呢?简单地说:在酸性溶液中c(H+)>>c(OH-),在阳极区是H2O中的氧被氧化而非OH-的氧被氧化,同理在碱性介质中由于c(OH-)>>c(H+),所以在阴极区被还原的氢来源于H2O而不是H+;详细的论述可由以下电极反应机理来理解.2.1酸性介质(以下描叙中M表示金属电极)中的电极反应阴极分三步进行[1,3,4]:a.M+e-+H3O+W M -H+H2O,b.2M-H W2M+H2{,c.H3O++M-H+e-W M+H2{+H2O,即总变化为:2H++2e-W H2{;阳极也分三步进行:a.M+H2O W M-OH +H++e-,b.M-OH W M-O+e-+H+,c.2M-O W O2{+2M,即总变化为:H2O-2e-W2H++1/2O2{2.2碱性介质(M同样是表示金属电极)中的电极反应阴极的电极过程可表示为[1,3,4]:a.H2O+M+ e-W M-H+OH-,b.2M-H W2M+H2{,c.H2O +M-H+e-W M+H2{+OH-即总变化为:2H2O+2e-W H2{+2OH-;阳极的电极过程同样可表示为:a.M+OH-W M-OH-,b.M-OH-W M -OH+e,c.M-OH-+M-OH W M-O+M+H2O*收稿日期:2007-09-25+e-,d.2M-O W O2{+2M;即总变化为:2OH--2e-W1/2O2{+H2O2.3中性介质中的电极反应这一直是大家感到困惑的一个问题.笔者查阅众多文献,发现在书写电极反应式时,主要有两种典型的观点[1,2],而对于中性介质的电极过程动力学机理却都只字未提.由于H2和O2析出的超电势都很高,可根据塔菲尔(Tafel)公式G=a+bl n j查表计算(用Pt作电极),知中性溶液的E实际在2.2V左右,酸性或碱性中的E实际在1.7V左右,所处的条件相同(理论上超电势应相同,则分解电压也应无区别),为什么两者还存在这么大的差距(约为0.5V),且均远远高于理论分解电压(Eß理论=Uß正-Uß负=1.229V),可推测在中性介质中的电极反应机理应与酸性或碱性介质时不同,才导致分解电压不同,所以电极反应式的书写也应不同.因此,笔者认为中性介质时较合理的写法为:阴极:2H2O+2e-W H2{+ 2OH-;阳极:H2O-2e-W2H++1/2O2{(有兴趣的读者,不妨据本文所列文献去研读或去查阅其他文献,循径问幽,会有更多的收获.)3关于超电势在电解水过程中的影响3.1解释为什么实际分解电压远高于理论分解电压由理论分析知电解水的理论分解电压在Pß下Eß理论=1.229V,但是由于H2和O2在不同的电极材料上,存在着/超电势0[2,5],使得实际的分解电压[6]远大于Eß,例如电解以下溶液(注:所列各种溶液,浓度为(1/z)m ol/L(即当量浓度),Pt作电极时):H2SO4的E实际= 1.67V,Na OH的E实际=1. 69V,HNO3的E实际=1.69V,H3PO4的E实际=1. 70V,KOH的E实际=1.67V,NH3#H2O的E实际= 1.74V,N a NO3的E实际=2.15V,K2SO4的E实际=2. 20V,Na2SO4的E实际=2.21V等,所以对于电解这些物质时,外电压不能低于E实际才行(从动力学角度考虑,实际中一般采用的电解电压为12V~ 24V).3.2超电势的应用之一,为我们纠正一些错误例如:流行很久的一道试题:/将一个Cu-Zn 原电池来做外电源(设处于标态),与电解CuSO4 (设浓度为1m o l/kg)的电解池的两电极(Pt)相联,要求写出电解池中所观察到的现象和两极的电极反应式.0在理论上E外电源=U正-U负=0.377-(-0.7628)=1.0998V大于电解池的E理论分解=U A(H+/ O2,Pt)-U A(Cu2+/Cu)=1.229-0.337-0.05916p H =0.892-0.05916p H U0.537V(假设溶液的p H U6),可行!然而实测CuSO4的E实际分解=1.49V,显然本题的实验现象和电极反应都是子虚乌有的,即不可能用Pt作电极的Cu-Zn原电池做外电源来电解水.(注:如果本试题电解池中用的不是Pt电极,而是改用Cu作电极[7],会有什么样的现象与结果呢?有兴趣者不妨思考一下.)4电解水产物的讨论4.1分解电压对产物的影响外电压是否越高(电流密度j越大)越有利于电解呢?我们又知:/2H SO4-W S2O82-+2H++ 2e-(UßA=2.18V),2SO42-W S2O82-+2e-(UßA= 2.06V),2H2O W H2O2+2H++2e-(UßA= 1. 776V),0[8]即说明电压过高时会有:/2H2O通电H2SO4或NH4H SO4或K H SO4等混液H2O2+H2{[历程:2H2SO4y H2S2O8+H2{,H2S2O8+ H2O y H2SO5+H2SO4(快),H2SO5+H2O y H2O2+ H2SO4(慢)]的副反应发生0[8].这一反应,以前是工业上大量生产H2O2的一种重要的方法的基本反应原理.有人可能会反驳:Pt的存在不是能催化H2O2的分解吗?工业上用电解法生产H2O2的电解槽是有隔膜的!这样说固然不错,H2O2的产生与分解是并存的,但是两种作用谁的速率大呢?从这方面考虑不是豁然开朗了吗?所以,不难理解电压过高对电解产物的影响.4.2电极反应本身不可避免的副反应单从阳极能产生O2知,首先是产生原子态氧,随即发生:2O=O2,当然不可避免发生:3O= O3,O+H2O=H2O2.所以综上所述:电解不一定是H2和O2,还有O3和H2O2、H2S2O8产生.因此对于电解产物恰当的描述为:/在适宜的外电压下,产物主要是H2和O20才是较准确的.4.3产物的体积比问题下面的试题就能很好的说明这问题.试题:分别以新配制的N a OH,H2SO4溶液作为电解质溶液进行电解,在阴极得到H2,在阳极得到O2.理论上两种气体的体积之比应为2B1,然而实验结果却不是2B1,数据如下表:162咸宁学院学报第27卷电解时间(m i n)123,,78910Na OH 阴极生成气体的体积(mL)61220,,55657585阳极生成气体的体积(mL)247,,26313641H2SO4阴极生成气体的体积(mL)61220,,50586674阴极生成气体的体积(mL)124,,16192225(1)以N a OH溶液为电解液,自7m in后的每m in内生成的两种气体体积之比为2B1,为什么?(2)以H2SO4溶液为电解液,在电解过程中生成的两种气体体积之比均不为2B1,为什么?(回答尽可能具体些)参考答案:(1)开始电解生成的H2和O2,其一,两者均要溶于电解溶液中,因O2的溶解度大于H2;其二,两种气体还被电极吸附,由于对氧的吸附能力大于氢;其三,由于初生氧与电极金属反应形成氧化层或初生的氧与水中的杂质反应而消耗;所以开始几分钟时O2的体积显得少些.几分钟后,溶解、吸附、消耗等达到饱和状态,此后生成的气体体积比保持2B1.(2)电解过程中生成气体的体积均不为2B1,表明除H2和O2溶解、吸附、消耗等能力不同外,在阳极必然发生了副反应,可能生成H2O2、O3、H2S2O8等.5结论通过以上讨论,我们可以得到如下结论:(1)不同介质中电极反应可能是不同的;(2)电极放电反应也不一定是离子优先于分子;(3)电解水时,两电极均存在超电势,因而实际分解电压远高于理论分解电压;(4)电解产物以H2和O2为主,电压过高可能生成H2O2、O3、H2S2O8等副产物,由于各种因素使得H2和O2的体积比不是严格的2B1.以上这些,希望广大中学化学教师在处理电解水这一问题时能够引起重视.参考文献:[1]杨辉,卢文庆.应用电化学[M].北京:科学出版社,2001.22~24,57~61,69~70,176~182.[2]傅献彩等.物理化学(下册)[M].第4版.北京:高等教育出版社,1990.509.603~604.661 ~672.[3]查全性等.电极过程动力学导论[M].第2版.北京:科学出版社,1987.325~349.368~379.[4][苏]L#L安特罗波夫著,吴仲达等译,胡志彬校.理论电化学[M].北京:高等教育出版社,1982.[5]北师大等三校.无机化学(上册)[M].第4版.北京:高等教育出版社,2002.339~377.[6]朱元宝等.电化学数据手册[M].长沙:湖南科学技术出版社,1984.[7]丁亮中.以丹聂尔电池为电源电解硫酸钠溶液的实验研究[J].益阳师专学报,1995,12(5):92~97.[8]姚凤仪等.氧、硫、硒分族.无机化学丛书第五卷[M].北京:科学出版社,1990.110~111.致谢:本文得到咸宁学院化学与生命科学系的王恒煜老师和王军涛老师的悉心指导,在此向两位老师表示诚挚的谢意!163第6期徐俊龙,郭璐楠关于电解水电极反应及电解产物的探讨。