课题3《水的组成》实验改进

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1、水电解实验中关于氢气和氧气的体积比探析理论上电解水时产生的H2和O2的体积比应该是2:1，但实际上H2的体积往往超过两倍。产生这一误差的原因是多方面的，主要原因是：两个集气管中水柱压力不相等；氢氧两种气体在电解液中的溶解度不同；在相同温度和压力下，氧气的溶解度比氢气大，还有电极上会发生一些副反应。例如，用自来水配置NaOH做电解液，因溶液中含有Cl-，阳极放出氧原子与Cl-生成ClO-，消耗部分氧；若使用稀H2SO4做电解液，则有下列副反应发生： H2SO4＝H+＋HSO4- 在阴极：2H+＋2e-＝H2；在阳极：2HSO4-－2e-＝H2S2O8  (过二硫酸

2、) H2S2O8＋H2O＝H2SO4＋H2SO5  (过一硫酸)；H2SO5＋H2O＝H2O2＋H2SO4 生成的过氧化氢在酸性溶液环境中较稳定，不易分解放出氧气。使放出的氧气量减少。 用稀硫酸做电解液时，可选用铂、钨、钼或铅作电极材料。如果用碱液做电解液时，铁钉、保险丝或不锈钢也是较好的电极材料。因为在碱性溶液中，这些电极表面可形成难于溶解的保护膜。这就避免了电极材料在电解过程中不断被氧化、溶解而使生成的氧气的量减少。 对多次实验所得的数据进行分析，可以发现：电解质溶液的浓度一定时，电压越高，H2和O2的体积比越接近2:1。当电压一定时，电解质溶液的浓度越大，

3、H2和O2的体积比越接近2:1。 为降低误差，在使用非铂做电极材料时电极材料时，注意电极材料与电解质溶液匹配非常重要。其基本原则是：所选的电极材料应不与所选用的电解液发生化学反应，而且在电解时能在阳极表面形成不溶于该电解液的保护膜。还值得注意的是无论采用酸或是碱作电解液，都不宜采用铜或碳棒作电极。前者在电解时其阴极会不断被氧化溶解，使生成的氧气量减少。而后者的过电位高，产生气体的速率慢，对气体的吸附作用又强，而且部分氧和碳棒作用产生CO2，使氧气量减少，影响体积比。除了以上所述和选择适当的电压与电解液浓度以外，还可以先通电电解一段时间，使电解液中氧气的溶解度达到

4、饱和以后再进行收集。电解水实验八问1、实验目的是什么？ 答：探究水的组成以及水分子构成。 2、实验装置是什么？ 答：教材（人教版）中的装置              改进后的自制装置5              3、实验现象是什么？ 答：正极和负极均有气泡产生。正极产生的气泡少，负极产生的气泡多。 4、怎样检验正极和负极产生的气体？ 答：检验正极产生的气体，用带火星的小木条。检验负极产生的气体，用燃着的小木条。 5、为什么要检验正极和负极产生的气体？ 答：证明正极产生的是氧气，负极产生的是氢气。根据化学反应前后元素的种类不变，证明水中含有氧元素和氢元素。6、为什

5、么向水中加入稀硫酸或氢氧化钠？ 答：因为水的导电性很弱，加入稀硫酸或氢氧化钠增强水的导电性。 7、为什么必须用直流电？ 答：直流电有固定的正极和负极。 8、为什么实验前期正极和负极产生的气体的体积比小于1／2，实验后期正极和负极产生的气体体积趋近于1／2。 答：因为在同温同压下，在水中氧气的溶解度大于氢气的溶解度。实验前期，产生的氧气部分溶解在水中，所以氧气和氢气的体积比小于1／2，随着反应的进行，氧气在水中溶解达到饱和状态，因此，实验后期，氧气和氢气的体积比趋近于1／2。微型水电解器一、改进实验目的 5水的电解实验既可以揭示水的元素组成，引导出单质、化合物的概

6、念，还可以比较分子原子在化学反应中的不同变化。教材装置简单，但是实际操作并不简单。比如在水槽中进行，耗费药品量非常大，所用溶液无论是稀硫酸还是氢氧化钠溶液，均有腐蚀性，而在取放试管过程中，手不可避免地要接触到溶液，因此本实验并不安全。此外，水电解时生成的气体验证，尤其是氢气的验证，按照教材装置，实验现象转瞬即逝，学生没有观察时间，实验现象还是要靠老师描述，实验的意义没有体现出来。 二、实验仪器及试剂 50mL一次性塑料注射器两支、U形管一只、静脉滴注皮条一根、针头三只、橡皮塞两只、不锈钢毛衣针一根、鳄鱼夹两只、导线两根、12V蓄电池一只、火柴、酒精灯、线香、pu

7、泡沫底座、20%NaOH溶液50mL。 三、教具装置图及仪器的组装说明首先把U形管固定在pu泡沫底座上面，再把两支注射器抽满水，插上已经处理过的不透气的针头，针栓插入pu泡沫底座的开孔之中，把导气管插入塑料针筒下方的直径约5mm的开口中，在电极上夹上鳄鱼夹，通电。 四、实验操作部分 水的电解 通电后，电极上面会有大量的气体生成，气体会从导管进入针筒，针筒中的水会自动从针筒上面的开口处流下，流入底座上面的专门存水的开孔。当收集到一定量气体时，从电极上面取下鳄鱼夹，断电。 生成气体的验证 从底座上面取下与电源正极相连的一端的注射器，针栓朝上，把带火星的线香从针筒开口

8、处插入，可以立即见到线香