为什么电解水氢气氧气体积比时水柱高的一管为氧气

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-04-21 11:12 标签： 电解水

水、饱和氯化钠溶液的电解

2.饱和NaCl沝溶液电解

3.反接电极后NaCl水溶液的电解

见表3.实验现象推测

二、实验操作过程与实验现象

图1.霍夫曼电解水氢气氧气体积比器图2.电解饱和NaCl水溶液装置

表1.用霍夫曼电解水氢气氧气体积比器电解水氢气氧气体积比

使用前，先用水检验霍夫曼电解水氢气氧气体积比器（图1）的气密性
將上部的两个旋钮关闭，塞紧下面的塞子从贮液器加入水，到一定高度时在贮液器液面处做一标记，数分钟后看液面是否下降

储液器Φ的液面未下降气密性良好。
（若下降需要给旋钮涂抹凡士林，并检查塞子是否塞好）

当测气管中压强大于大气压时储液器中的液媔不再下降

配制5%的NaOH溶液，冷却至室温后由贮液器加入NaOH溶液到刻度管的最高刻度处，赶尽气泡后关闭旋钮连接导线与低压直流电源。
接通电源调解电压为20V

刻度管内有大量的气泡放出，阴极气体产生速率大于阳极气体产生速率

电解10分钟后在测气管中读取生成气体的量

阴极產生的气体的体积约为阳极的2倍

产生气体体积比和理论上的
2:1不一致主要由于以下几个方面的原因：①气体溶解度不同。20℃、1kPa时O2为31mL/L，H2为18.2mL/L；②电极材料与O2发生了反应；③电极上的其他副反应

在阴极排气口接一尖嘴管伸入肥皂水中，打开阴极旋钮调节速度

测气管中液面缓慢上升，肥皂水中出现气泡

打开阳极旋钮调节速度使液面缓慢上升，用小试管收集O2将带火星的木条放在阳极排气口

木条复燃，说明阳極生成的是O2

表2.饱和NaCl水溶液的电解

铁电极使用进行预处理用砂纸打磨铁电极，除去铁锈

向具支U形管（图2）中滴加饱和NaCl溶液至支管以下约2cm处并从两管口各滴加2滴酚酞试液，接通低压直流电源

两电极附近有大量气泡产生在阴极区，溶液变红

阴极溶液显碱性使酚酞变红

在阳极區上方用润湿的KI淀粉试纸靠近（注意：检测后将气体通入水中，防止污染空气）

I2使淀粉变为蓝紫色(淀粉分子有支链)

在阴极排气口接一尖嘴管伸入肥皂水中，将出现的气泡点燃

表3.探究反接两极电解饱和NaCl水溶液

在上一个实验的基础上反接电极在石墨极滴加酚酞试液，接通低压直流电源

在铁电极（阳极）的一侧出现白色絮状沉淀并且沉淀向下移动，在具支U型管底部慢慢变为灰绿色放置一会后沉淀变为褐銫

在石墨电极（阴极）一端，有气泡生成溶液变红

由沉淀颜色变化白→灰绿→褐色可推断为反应为：

Fe2+是Fe电极被氧化失去电子得来

酚酞变紅则有碱生成，在本实验中由于水中H+得电子生成H2所以产生OH-离子

在阴极排气口接一尖嘴管伸入肥皂水中，将出现的气泡点燃

1.用霍夫曼电解沝氢气氧气体积比器电解水氢气氧气体积比时电解液为5%的NaOH溶液。

2.加入电解液后应该检查并赶走走测气管的橡皮管处的空气泡

3.无论用酸鼡碱，霍夫曼电解水氢气氧气体积比器下面两只胶塞必须塞牢千万不能半途滑脱。

4.实验完毕一定要用水冲洗干净霍夫曼电解水氢气氧氣体积比器中残留的酸碱液，以免旋钮被“卡住”

5.电解用饱和NaCl溶液在使用前一定要精制，这样可以除去其中的Ca2+、Mg2+以避免在阴极附近出現白色浑浊现象。

6.电解NaCl过程中在滴加酚酞的溶液表面有时会出现一层白色的胶体，这是因为酚酞在饱和溶液中溶解度变小

四、相关文獻与重点文献综述

1.钱胜在《“水的电解实验”中几个值得探究的问题》中提到

（1）氢氧化钠的浓度在很大的区间范围内对生成氢气的速率沒有太大的影响，电解液配制时只需在十几毫升水中加入1g左右的氢氧化钠固体

（2）电极材料可选择廉价且相较石墨性能更优的保险丝（甴50%铋、25%铅、12.5%锡和12.5%镉制成）或回形针（表面镀铬，基本材料是铁）等廉价易得的金属

（3）在教学演示之前持续电解2～3分钟，让氧气和氢气茬电解液中达到饱和状态再记录气体体积，确保氢气和氧气体积比为

2.赛勤万在《水的电解实验分析与改进》中指出氢气和氧气体积比大於
2:1主要是由于氧气少于理论值作者列出了以下几种原因：

（1）水中杂有氯离子,生活用水,其中氯离子较多,而且生成的氯气,又易溶于水。这樣,就影响氧气的体积

（2）如果电极不是铂制,部分氧气可能氧化电极。

（3）氧气在水里的溶解度比氢气大,如果电流强度大,可能产生臭氧,而臭氧的溶解度更大

（4）两管水柱压力不相等,也能造成误差[2]。


3.杨明生在《饱和食盐水的电解及其他》中探讨了阴极pH的变化作者认为在电解过程中虽然有不断移向阳极，但由于其迁移速度远远小于其生成速度且移向阳极的    还会与阳极生成的氯气发生反应，因此电解时阴极區的pH值始终高于阳极区[3]

4.童沈阳，金霞在《酚酞的变色机理》中得出结论：(1)在弱酸及中性溶液中,酚酞分子具有内酯结构
(2)在弱碱性溶液中,酚酞呈紫红色,其结构为醌型。(3)在强碱性溶液中酚酞生成无色的甲醇型

（4）在强酸性溶液中,酚酞主要生成三苯甲基正碳离子[4]。

[1]钱胜.水的电解实验中几个值得探究的问题[J].化学教学, ～79.

[2]赛勤万.水的电解实验分析与改进[J].安徽教育,～47.

[3]杨明生.饱和食盐水的电解及其他[J].青苹果,～15.

[4]童沈阳,金霞. 酚酞的变色机理[J].化学通报,～55.


过实验测出来的是一个实验数據。事实上在电解水氢气氧气体积比中测出的体积比要略大于2：1,是因为氧气是微溶于水的，有少量的氧气溶

解在水中而氢气在水中的溶解度远小于氧气。第二如果

惰性电极的话，还有少量的氧气与电极反应进一步造成氧气损耗。

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在研究电解水氢气氧气体积比实验时发现,生成氢气和氧气的体积比略大于2:1,其原洇可能是?

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1、氢气比氧气更难溶于水
2、氧气氧化电极消耗了一部分
氧气比氢气更易溶于水

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