题目

为什么电解水实验中 H2、O2体积比不是2∶1?

提问时间：2020-08-07

答案

　　实验人员应用不同材料作电极电解水并测定H2和O2的体积比：甲组用两根碳棒作电极；乙组用两块铁片作电极；丙组用碳棒作阳极,铁片作阴极,用右图装置进行实验.结果发现,都用碳棒作电极的甲组,产生H2、O2体积比小于2∶1；都用铁棒作电极的乙组,产生H2、O2体积比大大超过2∶1,阳极只产生极少量O2,并且阳极铁片腐蚀变薄；丙组中产生的H2、O2体积比才接近2∶1.为什么会出现这样的情况呢?原来电解水时,水中的氢离子趋向阴极得到电子生成氢气,2H++2e-=H2,氢氧离子趋向阳极得到电子生成氧气,4OH4e-=O2+2H2O.但是,经过反复实验,人们发现H+和OH-在阴、阳极上得失电子的能力与电极材料有关.当碳棒作阴极时,H+在碳棒上得到电子生成H2,H2会吸附在碳棒表面,形成气体“膜墙”,阻止了其他H+靠近碳棒,只有水中能量比较大的H+才能冲破“膜墙”,这样就影响了H2的产生量；　当碳棒作阳极时,OH-很容易在碳棒上失去电子生成O2,O2很快离开碳棒,不会影响O2的生成量,因此两电极均用碳棒时,H2、O2体积比小于2∶1.当铁片作阴极时,H+不仅容易在铁片上得到电子,而且生成的H2不会在铁片上形成气体“膜墙”,但在阳极,由于铁是活泼金属,容易失去电子,这就轮不到OH-失去电子,造成产生的O2极少,因此H2、O2体积比大大超过2∶1.采用铁片作阴极、碳棒作阳极,避免了上述问题,H2、O2体积比就接近2∶1.