化学 · 高中必修二
电解水实验装置生成器
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图中包含的标注
- 直流电源正极(+)
- 直流电源负极(-)
- 阳极
- 阴极
- 石墨电极
- 稀硫酸溶液
- 氧气集气管
- 氢气集气管
- 氧气体积1份
- 氢气体积2份
- V(H₂):V(O₂)=2:1
- 阳极反应：2H₂O-4e⁻→O₂↑+4H⁺
- 阴极反应：2H⁺+2e⁻→H₂↑
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LABELED · 可修改标注
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OUTPUT · 16:9 · PNG这张图讲什么
这张图表示在直流电作用下，水在稀硫酸溶液中发生电解。石墨电极分别连接电源正极和负极，阳极生成氧气，阴极生成氢气；在相同温度和压强、反应充分且气体损失较小的条件下，氢气与氧气的体积比为2:1。
直流电源提供电子定向移动的条件，稀硫酸增强溶液导电性，石墨电极负责传导电子并提供反应界面。阳极与正极相连，阴极与负极相连；两支集气管分别收集两极产生的气体，并通过液面变化比较气体体积。
一张合格的图必须包含什么
- 直流电源正极和负极：必须标清接线方向，因为正极连接阳极，负极连接阴极。
- 阳极和阴极：应分别标在与正、负极相连的石墨电极处，不能只按左右位置判断。
- 石墨电极：画成插入溶液且彼此不接触的两根导体，表示反应界面和电子传导通道。
- 稀硫酸溶液：在电解槽中标明溶液名称，说明其主要作用是增强导电性，而不是作为主要反应物被消耗。
- 两支集气管：分别倒置在两根电极上方，用于收集阳极生成的氧气和阴极生成的氢气。
- 气体名称与体积：阳极标氧气1份，阴极标氢气2份，并注明来源位置。
- 体积关系和反应式：标出V(H₂):V(O₂)=2:1，并写明阳极、阴极半反应，体现实验现象与微观原理的对应。
常见易错点
- 把阳极误认为负极，或把阴极误认为正极；电解池中阳极接正极、阴极接负极。
- 将氧气标在阴极、氢气标在阳极；应由电极反应判断，阳极生成氧气，阴极生成氢气。
- 把两支集气管画成普通开口容器，或未倒置在电极上方，导致气体无法有效收集。
- 把氢气和氧气体积标成1:1；在反应充分且测量条件相同的理想情况下，氢气体积约为氧气的2倍。
- 只写总反应式而不标两极反应，或把稀硫酸误写成被大量消耗的反应物；稀硫酸主要用于增强溶液导电性。
教学建议
教师可在新课导入或实验复习环节展示此图，先让学生根据电源接线判断阳极、阴极，再预测两极产物和体积比，最后用半反应式解释现象。可结合电子转移、氧化还原判断、电解池阴阳极定义及气体检验等考点进行追问。
关于这张图的常见问题
为什么电解水时要加入稀硫酸？
纯水中离子浓度很低，导电性较弱，电流不易通过。加入少量稀硫酸可以增强溶液导电性；在理想分析中，水是被电解的主要物质，稀硫酸主要起增强导电性的作用。
为什么阳极生成氧气，阴极生成氢气？
阳极发生氧化反应，水失去电子生成氧气；酸性溶液中，阴极发生还原反应，氢离子得到电子生成氢气。对应半反应分别为2H₂O-4e⁻→O₂↑+4H⁺和2H⁺+2e⁻→H₂↑。
为什么氢气与氧气的体积比是2:1？
将两极半反应相加，可得总反应：2H₂O通电2H₂↑+O₂↑。相同温度和压强下，气体体积比等于物质的量比，因此V(H₂):V(O₂)=2:1；实际实验还会受溶解和漏气影响。
