正交试验法探究电解水实验

摘要：文章采用正交试验法探讨了电解液、电极材料及电压因素对电解水实验的影响。结果表明，影响因素强弱依次为电解液、电极材料、电压；实验现象明显且快速的实验条件为电解液NaOH（5%）、曲别针做电极、电压为12V。

关键词：正交试验法；电解水

文章编号：1008-0546（2013）02-0095-01 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.02.038

电解水实验是大学化学教学论实验和初中化学实验中的一个重要内容[1-3]。本实验成功标志有两点：（1）通直流电流能看到两个电极都迅速产生大量气泡。气体汇集在玻璃管或试管上部，氢气与氧气体积比为2∶1。（2）检验氧气时，带火星的木条应明显复燃，检验氢气时应看到点燃的氢气火焰。但是，做到这两点难度较大。针对《化学教学论实验》（科学出版社）[1]和《义务教育课程标准实验教科书·化学·九年级（上册）》（上海教育出版社）[2]的实验装置比较烦琐不仅难以加工，而且快速且成功的实验条件难以控制的问题，本文对实验装置进行了简化改进并采用正交试验法考察了电解液、电极材料及电压等因素对电解水实验的影响，以期找到实验现象明显且快速的较优化实验条件。

一、实验部分

1.实验用品

NaOH （5%）、H2SO4（10%）、Na2SO4 （10%）、电解水装置、学生电源（J1202-1）、碳棒、曲别针、铁钉、导线。

2.实验装置

3.实验方法

实验条件按表1进行。A1、A2、A3分别为NaOH （5%）、H2SO4（10%）、Na2SO4 （10%）；B1、B2、B3分别为碳棒、铁钉、曲别针；C1、C2、C3分别为6V、8V、12V。仔细观察电解器两极产生气体情况。待收集的气体达到一定数量后，停止电解。挤压阴极端尖嘴上的玻璃珠，在尖嘴口点火，观察现象。然后检验另一管口中的气体，用带有余烬的细木条放在管口，观察现象。

二、实验结果与讨论

一般认为，影响电解实验的主要因素是电解液、电极材料和电解电压[1]。为了增加水的导电性、加快水的电解速率、缩短实验时间，在不影响水的电解本质前提下往往在水中加一定的电解质，如：Na2SO4、NaOH、H2SO4等[1]。考虑操作方便和安全，本文选用NaOH （5%）、H2SO4（10%）、Na2SO4 （10%）为电解液。电极材料可以用碳棒、曲别针、铁钉、保险丝及铂丝等。从价格、电解速率及电解效果这些方面综合考虑，本文选用碳棒、铁钉、曲别针为电极材料。一般地，电解电压为6V～12V[1]。本文采用三因素、三水平正交试验法考察了电解液、电极材料和电压对电解水实验的影响规律。

利用自制水电解器如图1，依照表1试验方案进行电解水试验。记录两极收集已定体积气体所需的电解时间。实验结果及分析见表2。

三、研究结论

从表2可以看出，第一列极差R较大，第三列极差R次之，第二列极差R最小。表明影响水电解因素的主次顺序为：电解液、电压、电极材料。

本文交试验结果表明，其他条件不变情况下，电解液为NaOH （5%）、H2SO4（10%）、Na2SO4 （10%）时，水电解速率依次减小；电极为曲别针、碳棒、铁钉时，水电解速率依次减小；电压越大，电解速率越大。表明电解水试验的较优试验条件为：电解液为NaOH （5%）、电极为曲别针、电压为12V。

参考文献

[1] 李广洲，陆真. 化学教学论实验[M]. 北京：科学出版社，2000.6

[2] 义务教育化学国家课程标准研制组. 义务教育课程标准实验教科书（化学）[M]. 上海：上海教育出版社，2001.8

[3] 课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心编著. 义务教育课程标准实验教科书（化学）[M]. 北京：人民教育出版社，2010.4