电解液变黑探析

一、提出问题

用碳电极电解氯化铜时。阴极区出现黑色物质，电解后的溶液明显比电解前显黑色。而该电解原理是：铜离子在阴极得电子，电极上析出金黄色的铜层，氯离子在阳极失电子形成有刺激性的黄绿色氯气，阴极区出现黑色属于异常。

二、假设与实验

第一个假设：黑色物质是氧化铜。猜测理由是，溶液中只有铜、氯、氧、氢四种元素，碳电极属于惰性电极，自身不发生变化，四种元素形成的物质显黑色最大可能性是氧化铜；同时，在阴极有部分氢离子得电子，从而促进水的电离，氢氧根离子与铜离子结合后受热(电解时部分电能转变为热能)分解成氧化铜。

实验验证：如果黑色物质是氧化铜，向变黑后的电解液中加入盐酸，黑色物质应消失，溶液颜色恢复到原来状态。为了对照，取相同体积的电解前溶液和电解后溶液，分别加相同体积相同质量分数的盐酸，久置或加热，两者颜色没有变化。

再长时间进行电解，发现阳极区出现明显的蓝色沉淀，说明阴极区不可能出现氢氧化铜。因此，黑色物质不是氧化铜。

第二个假设：黑色物质是铜单质。猜测理由是，联想银镜反应，也能观察到反应后溶液呈黑色，是由于单质银存在于溶液中，金属粉末大多呈黑色。

铜离子在阴极得电子生成铜单质，由于部分铜单质因种种原因未能及时吸附到电极上，故以极细的粉末形式飘浮在电解液中。

实验验证：黑色物质如果是铜单质，加盐酸当然不会变化；改加硝酸，应该有变化。为了对照，同上取两种溶液分别加同体积同质量分数的浓硝酸，加热，发现电解后的黑色溶液能产生较明显的红棕色气体，而对照组稍有颜色但不明显。

初步证明，黑色物质是铜单质。但由于反应后溶液颜色仍无法恢复到原来状态等原因，确证黑色物质还有待于后续研究。

三、结论和解释

出现黑色物质与哪些因素有关?

用硝酸铜替代氯化铜进行电解实验，发现任何浓度的硝酸铜溶液均未见黑色现象，说明铜盐电解时铜能否顺利地吸附到电极上与阴离子关系密切：

用不同深度的氯化铜进行电解实验，发现黑色物质出现与浓度关系密切，电解液越稀则黑色物质出现越少。

可见，要想使铜较理想地在电极上析出，控制浓度与选择合适的阴离子都很重要。